Toxoplazmoza
Patofizjologia i mechanizm
Toksoplazmoza, wywoływana przez wewnątrzkomórkowego pierwotniaka Toxoplasma gondii, jest powszechną chorobą pasożytniczą o globalnym zasięgu, zainfekującą około jednej trzeciej populacji światowej. Pasożyt posiada złożony cykl życiowy, w którym koty stanowią żywiciela ostatecznego, a u ludzi występuje w formach tachyzoitów, bradyzoitów i oocyst. Zarażenie następuje głównie przez spożycie niedogotowanego mięsa z cystami, kontakt z oocystami lub zakażenie przezłożyskowe. Tachyzoity aktywnie penetrują komórki gospodarza, namnażając się w wakuolach pasożytniczych, co prowadzi do martwicy tkanek i rozprzestrzeniania się pasożyta, zwłaszcza w mięśniach, mózgu i oczach. U osób z upośledzoną odpornością, w tym pacjentów z AIDS (CD4 <200/μL), toksoplazmoza może prowadzić do ciężkich powikłań, takich jak zapalenie mózgu, zapalenie płuc czy retinochoroiditis. Wrodzona toksoplazmoza wiąże się z ryzykiem zakażenia płodu wynoszącym 25% w I trymestrze i 65% w III trymestrze, z poważnymi konsekwencjami neurologicznymi i oftalmologicznymi.
- Wprowadzenie do toksoplazmozy
- Cykl życiowy i drogi zakażenia
- Mechanizmy inwazji komórki gospodarza
- Patogeneza toksoplazmozy
- Toksoplazmoza w poszczególnych narządach
- Toksoplazmoza wrodzona
- Toksoplazmoza u osób z niedoborem odporności
- Mechanizmy molekularne i manipulacja gospodarzem
- Neuropsychologiczne efekty toksoplazmozy
- Nowe kierunki badań i perspektywy terapeutyczne
- Diagnostyka toksoplazmozy
Wprowadzenie do toksoplazmozy
Toksoplazmoza jest chorobą pasożytniczą wywoływaną przez Toxoplasma gondii, wewnątrzkomórkowego pierwotniaka z grupy apikompleksów. Pasożyt ten występuje na całym świecie i może infekować praktycznie wszystkie zwierzęta stałocieplne, w tym ludzi12. Według szacunków nawet jedna trzecia światowej populacji (ponad 2 miliardy ludzi) może być zarażona tym pasożytem34. T. gondii ma złożony cykl życiowy, w którym kot (oraz inne kotowate) jest jedynym żywicielem ostatecznym, gdzie pasożyt może się rozmnażać płciowo56.
Istnieją trzy główne genotypy T. gondii (typ I, typ II i typ III), które różnią się patogennością i częstością występowania u ludzi. W Europie i Stanach Zjednoczonych, genotyp II jest odpowiedzialny za większość przypadków wrodzonej toksoplazmozy78. Chociaż T. gondii zakaża znaczną część światowej populacji, rzadko wywołuje klinicznie istotną chorobę. Jednak niektóre osoby są narażone na ciężką lub zagrażającą życiu toksoplazmozę – należą do nich płody, noworodki oraz pacjenci z upośledzoną odpornością9.
Cykl życiowy i drogi zakażenia
Toxoplasma gondii występuje w trzech formach morfologicznych: tachyzoity (forma szybko namnażająca się), bradyzoity (forma wolno namnażająca się w cystach tkankowych) oraz oocysty (forma powstająca wyłącznie w żywicielu ostatecznym)1011.
Zarażenie T. gondii u ludzi może nastąpić na trzy główne sposoby:12
- Spożycie niedogotowanego mięsa zawierającego cysty tkankowe z bradyzoitami
- Spożycie żywności lub wody zanieczyszczonej oocystami
- Zakażenie przezłożyskowe płodu tachyzoitami podczas pierwotnej infekcji matki
Po spożyciu przez kota zainfekowanej ofiary lub surowego mięsa, pasożyt jest uwalniany z cyst do przewodu pokarmowego kota, gdzie namnaża się i produkuje oocysty. Kot może wydalać miliony oocyst dziennie przez 1-3 tygodnie13. Oocysty są bardzo odporne i mogą pozostać zakaźne przez ponad rok w wilgotnym i ciepłym środowisku14.
U człowieka, po spożyciu oocyst lub cyst tkankowych, bradyzoity lub sporozoity penetrują komórki nabłonkowe jelita i namnażają się w jelicie. T. gondii może rozprzestrzeniać się zarówno lokalnie do krezkowych węzłów chłonnych, jak i do odległych narządów przez inwazję układu limfatycznego i krwi1516.
Przenikanie przez bariery tkankowe
Kluczowym krokiem w ustanowieniu infekcji i późniejszym przeżyciu i namnażaniu pasożyta jest jego przyłączenie i transmiejscowa migracja przez barierę nabłonkową jelita17. T. gondii wykształcił wysoce wyspecjalizowane strategie szybkiego przekraczania jednowarstwowej bariery nabłonkowej jelita18.
Transmiejscowa migracja pasożyta drogą parakomórkową między sąsiadującymi komórkami umożliwia rozprzestrzenianie się pasożyta do wtórnych miejsc infekcji, gdzie ustanawiana jest przewlekła infekcja tkanki mięśniowej i mózgowej19. Zidentyfikowano trzy możliwe drogi przejścia tachyzoitów przez śródbłonek siatkówki:20
- Transport w leukocytach (mechanizm „konia trojańskiego”)
- Swobodny pasożyt przez drogę parakomórkową
- Zakażenie komórek śródbłonka
Badania wykazały, że monocyty są odpowiedzialne za dotarcie T. gondii do mózgu. Ponadto, niedawne badania pokazały, że chociaż wszystkie komórki dendrytyczne (DC) migrują przez śródbłonek siatkówki, te zakażone przez T. gondii wykazują hipermobilność, a zatem lepszą zdolność do migracji w porównaniu do niezakażonych21.
Mechanizm umożliwiający tachyzoitom przemieszczanie się drogą parakomórkową prawdopodobnie obejmuje interakcję z molekułami adhezji komórkowej i międzykomórkowymi połączeniami ścisłymi. Tachyzoity mogą pozostać zakaźne i przetrwać poza komórkami gospodarza przez długie okresy, zachowując zdolność przylegania do śródbłonka siatkówki22.
Mechanizmy inwazji komórki gospodarza
Toxoplasma gondii ma zdolność do aktywnego wnikania do komórek gospodarza, co prowadzi do utworzenia wakuoli pasożytniczej pochodzącej z błony komórkowej, która jest całkowicie odmienna od normalnego przedziału fagocytarnego czy endocytarnego23.
Inwazja komórki
Po przyłączeniu apikalnym, pasożyt szybko wnika do komórki gospodarza w procesie, który jest znacznie szybszy niż fagocytoza. Wakuola tworzy się głównie przez wpuklenie błony komórkowej gospodarza, która jest naciągana na pasożyta poprzez skoordynowane działanie cytoszkieletu aktynowo-miozynowego pasożyta24.
T. gondii zawiera organelle zwane roptriami i mikronemiami. Zawierają one białka służące do inwazji i efektory do manipulowania odpowiedzią immunologiczną gospodarza. Do wstrzyknięcia ich do komórek gospodarza, T. gondii wykorzystuje kompleks apikalny zlokalizowany w czubku komórki, aby przebić błonę gospodarza i uwolnić zawartość tych organelli25.
Po wniknięciu do komórki gospodarza, tachyzoity namnażają się wewnątrz wyspecjalizowanych wakuoli (zwanych wakuolami pasożytniczymi) utworzonych z błony komórki gospodarza podczas inwazji. Tachyzoity mnożą się wewnątrz tej wakuoli, aż komórka gospodarza umrze i pęknie, uwalniając i rozprzestrzeniając tachyzoity przez krwiobieg do wszystkich narządów i tkanek ciała, w tym mózgu26.
Białka ROP i manipulacja odpowiedzią immunologiczną
Podczas wnikania do komórki, pasożyt uwalnia białka ROP z roptrii. Białka te przemieszczają się do jądra i powierzchni błony wakuoli pasożytniczej, gdzie mogą aktywować szlaki STAT, modulując ekspresję cytokin na poziomie transkrypcyjnym, wiązać i dezaktywować białka IRG niszczące błonę wakuoli pasożytniczej, a także wywoływać inne możliwe efekty27.
Dodatkowo, niektóre szczepy T. gondii mogą wydzielać białko znane jako GRA15, aktywujące szlak NF-κB, który zwiększa regulację prozapalnej cytokiny IL-12 we wczesnej odpowiedzi immunologicznej, potencjalnie prowadząc do fazy latentnej pasożyta28. Zdolność pasożyta do wydzielania tych białek zależy od jego genotypu i wpływa na jego wirulencję29.
Patogeneza toksoplazmozy
Komórki gospodarza są niszczone przez aktywne namnażanie się T. gondii. Może to prowadzić do ogniskowej martwicy30. Toxoplasma gondii nie wytwarza toksyny; martwica jest spowodowana wewnątrzkomórkowym namnażaniem się tachyzoitów3132.
Uszkodzenia tkanek i odpowiedź immunologiczna
Tachyzoity namnażają się, tworząc ogniska martwicze otoczone reakcją komórkową. Po rozwinięciu się normalnej odpowiedzi immunologicznej, tachyzoity znikają z tkanek. U osób z niedoborem odporności ostra infekcja postępuje, prowadząc do potencjalnie śmiertelnych konsekwencji, takich jak zapalenie płuc, zapalenie mięśnia sercowego i martwicze zapalenie mózgu3334.
Cysty tkankowe tworzą się już 7 dni po zakażeniu i pozostają przez całe życie gospodarza. Cysty tkankowe mają do 60 μm średnicy, każda zawierająca do 60 000 organizmów. Wywołują one niewielką lub żadną reakcję zapalną, ale mogą powodować nawracającą chorobę u pacjentów z niedoborem odporności lub retinochoroiditis u starszych dzieci z wrodzoną infekcją35.
Zmiany w subpopulacjach limfocytów T są głębokie i długotrwałe podczas ostrej nabytej infekcji T. gondii. Zostały one skorelowane z zespołami chorobowymi, ale nie z wynikiem choroby36.
Chroniczna infekcja i cysty tkankowe
Przewlekła infekcja występuje 2 do 3 tygodni po zakażeniu, gdy rozpoczyna się produkcja cytokin i przeciwciał przeciwko wielu białkom T. gondii. Pozakomórkowe tachyzoity są usuwane z tkanek gospodarza, a wewnątrzkomórkowe pasożyty różnicują się w utajone formy bradyzoitów otoczone wakuolą pasożytniczą zamkniętą w ścianie cysty37.
Po początkowym okresie infekcji charakteryzującym się proliferacją tachyzoitów w całym organizmie, ciśnienie ze strony układu odpornościowego gospodarza powoduje, że tachyzoity T. gondii przekształcają się w bradyzoity, półuśpioną, wolno dzielącą się komórkową fazę pasożyta38.
Bradyzoity mogą być reaktywowane i przekształcać się w szybko dzielące się tachyzoity przy osłabieniu układu odpornościowego gospodarza39. Reaktywacja prawdopodobnie wynika z pęknięcia cysty i ponownego namnażania się bradyzoitów w tachyzoity40.
Toksoplazmoza w poszczególnych narządach
Neurotoksoplazmoza
U człowieka pasożyty tworzą cysty tkankowe, najczęściej w mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym, mózgu i oczach; cysty te mogą pozostać przez całe życie gospodarza4142. Toxoplasma gondii wykazuje wyraźny tropizm do mózgu i oczu43.
Najważniejszą manifestacją toksoplazmozy u płodu jest zapalenie mózgu i rdzenia kręgowego, które może mieć poważne konsekwencje44. Większość przypadków toksoplazmozy u pacjentów z niedoborem odporności jest konsekwencją latentnej infekcji i reaktywacji. U pacjentów z AIDS, cysty tkankowe T. gondii mogą reaktywować się przy liczbie CD4 poniżej 200 komórek/μL; przy liczbie poniżej 100 komórek/μL, choroba kliniczna staje się bardziej prawdopodobna45.
Toxoplasma gondii jest najczęstszą zakaźną przyczyną ogniskowych zmian mózgowych u pacjentów z HIV. Szczególnie w zaawansowanym stadium HIV może powodować znaczącą chorobowość i śmiertelność46.
Badania wykazały, że specyficzne komórki odpornościowe, zwane komórkami CD8+ T lub komórkami T-zabójcami, odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu pasożyta w mózgu. Zespół badawczy wykazał, że pasożyt jest kontrolowany w mózgu przez rezydentne komórki CD8+ T, w przeciwieństwie do innych limfocytów, które patrolują narządy i tkanki limfoidalne47.
Toksoplazmoza oczna
Zakażenie oczu Toxoplasma, ważna przyczyna retinochoroiditis w Stanach Zjednoczonych, może być wynikiem infekcji wrodzonej lub infekcji po urodzeniu48. Głównym punktem wejścia pasożyta do tylnego odcinka oka jest krążenie siatkówkowe. Rzadko może uzyskać dostęp przez krążenie naczyniówkowe, jak widać w przypadkach punktowej zewnętrznej retinopatii toksoplazmozowej, gdzie RPE i zewnętrzna siatkówka są selektywnie dotknięte49.
Aktywne zapalenie ma tendencję do ustępowania w ciągu kilku miesięcy, tworząc blizny, a reaktywacja obok starych blizn jest często obserwowana w toksoplazmozie ocznej50. Niedawny model mysi zakażenia T. gondii ujawnił, że ferroptoza może być zaangażowana w zakażenie fotoreceptorów podczas ocznej toksoplazmozy51.
Celem leczenia jest zatrzymanie namnażania się pasożyta podczas aktywnej fazy i zminimalizowanie uszkodzenia tkanek wewnątrzgałkowych. Klasyczny schemat chemoterapeutyczny dla retinochoroidzy toksoplazmowej składa się z pirymetaminy i sulfadiazyny, plus kortykosteroidów52.
Toksoplazmoza wrodzona
Wrodzona toksoplazmoza wynika z ostrej pierwotnej infekcji nabytej przez matkę podczas ciąży53. Ryzyko zakażenia płodu wynosi 25% w I trymestrze (ciężkość jest wysoka) i 65% w III trymestrze54.
Tachyzoity mogą być przenoszone do płodu, powodując martwicę w wielu narządach55. Ostra infekcja z tachyzoitami w krwiobiegu podczas ciąży stwarza możliwość zakażenia przezłożyskowego. Tachyzoity kolonizują łożysko i mogą przekroczyć barierę, aby dotrzeć do płodu w 30% przypadków, prowadząc do choroby56.
Częstość przenoszenia tachyzoitów do płodu jest związana z wiekiem ciążowym, z niskimi wskaźnikami przenoszenia w pierwszym trymestrze (10-15%) i najwyższymi wskaźnikami przenoszenia w trzecim trymestrze (60-90%). Jednak choroba jest bardziej poważna, jeśli infekcja jest nabyta we wczesnej ciąży57.
Zakażenie przezłożyskowe (przez tachyzoity) może prowadzić do:58
- Subklinicznej infekcji (60%)
- Zapalenia mózgu
- Wodogłowia
- Małogłowia
- Retinochoroiditis
- Poronienia (10%)
Toksoplazmoza u osób z niedoborem odporności
Toksoplazmoza u pacjentów leczonych lekami immunosupresyjnymi może wynikać z nowo nabytej lub reaktywowanej latentnej infekcji59. W latach 80. toksoplazmoza stała się jedną z chorób oportunistycznych związanych z pacjentami z niedoborem odporności, takimi jak pacjenci z AIDS, pacjenci po przeszczepach i pacjenci z nowotworami leczeni lekami immunosupresyjnymi60.
Oportunistyczna toksoplazmoza u pacjentów z AIDS zwykle reprezentuje reaktywację przewlekłej infekcji. Dominującą zmianą w toksoplazmozowym zapaleniu mózgu u tych pacjentów jest martwica, która często prowadzi do wielu ropni, niektórych wielkości piłki tenisowej61.
U osób poddawanych immunosupresyjnej terapii lub cierpiących na chorobę immunosupresyjną, taką jak zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS), toksoplazmoza może powodować powiększenie węzłów chłonnych, zaburzenia oczu i ośrodkowego układu nerwowego, choroby układu oddechowego i choroby serca62.
Mechanizmy molekularne i manipulacja gospodarzem
Mechanizmy unikania odpowiedzi immunologicznej
Pasożyt wpływa również na mechanizm anty-apoptotyczny, pozwalając zakażonym komórkom gospodarza na przetrwanie i replikację. Jedną z metod oporności na apoptozę jest zakłócanie pro-apoptotycznych białek efektorowych, takich jak BAX i BAK. Aby zakłócić te białka, T. gondii powoduje zmiany konformacyjne białek, które zapobiegają transportowi białek do różnych przedziałów komórkowych, gdzie inicjują one zdarzenia apoptotyczne63.
T. gondii ma również zdolność do inicjowania autofagii komórek gospodarza. Prowadzi to do zmniejszenia liczby zdrowych, niezakażonych komórek, a w konsekwencji do mniejszej liczby komórek gospodarza atakujących zakażone komórki64.
Co ciekawe, aby oprzeć się odpowiedzi immunologicznej, T. gondii z powodzeniem wyewoluował strategie unikania układu odpornościowego gospodarza i migracji do miejsc uprzywilejowanych immunologicznie, takich jak ośrodkowy układ nerwowy. T. gondii zapobiega wejściu układu odpornościowego gospodarza poprzez wiele mechanizmów, w tym regulację transkrypcyjną i zakłócanie sygnalizacji komórkowej, co prowadzi do wydzielania cytokin zapalnych, modulacji metaloproteinaz macierzy (MMP), produkcji molekuł mikrobójczych i apoptozy65.
Wpływ na neurotransmitery i zachowanie
Pasożyt zmienia zachowanie swoich żywicieli pośrednich, zmniejszając ich wrodzony strach przed zapachem kota, a tym samym prawdopodobnie zwiększając prawdopodobieństwo, że żywiciel ostateczny pożre zainfekowanego żywiciela66. Model gryzoni T. gondii jest jednym z najbardziej badanych modeli pasożytniczej manipulacji behawioralnej67.
Mechanizm odpowiedzialny za zmiany behawioralne jest częściowo przypisywany zwiększonemu metabolizmowi dopaminy, który może być neutralizowany przez leki o działaniu antagonistycznym wobec dopaminy. T. gondii ma dwa geny, które kodują dwufunkcyjną hydroksylazę fenyloalaniny i tyrozyny, dwa ważne i ograniczające szybkość etapy biosyntezy dopaminy68.
Przez ponad 40 lat wiadomo, że neuroprzekaźniki są zaangażowane w patogenezę schizofrenii. Stibbs doszedł do wniosku, że T. gondii powoduje nieprawidłowości w metabolizmie katecholamin i że mogą one być czynnikami przyczyniającymi się do zmian psychologicznych i motorycznych obserwowanych u eksperymentalnie zakażonych gryzoni69.
W 2009 roku dr Glenn McConkey i jego koledzy z Uniwersytetu w Leeds w Wielkiej Brytanii wykazali, że T. gondii ma geny kodujące dwa krytyczne enzymy potrzebne do wytworzenia dopaminy. To odkrycie sugeruje możliwość, że nadmiar dopaminy, który ma występować u osób ze schizofrenią, może być wprowadzany przez T. gondii, a nie wytwarzany przez dotknięte osoby70.
Oprócz wpływania na dopaminę, jest teraz jasne, że T. gondii może również wpływać na układy neuroprzekaźników GABA i glutaminianu71. Badanie wykazało, że 3 szczepy T. gondii (typy I, II i III) wywierały znacząco różne wpływy na dopaminę, glutaminian i serotoninę, a także na 2 neuropeptydy72.
Neuropsychologiczne efekty toksoplazmozy
Do niedawna, przewlekła latentna toksoplazmoza była uważana za łagodny stan, jednak zaproponowano i potwierdzono głównie badaniami eksperymentalnymi, że taki stan może mieć niszczący wpływ na układ neuropsychologiczny poprzez różne wprowadzone mechanizmy73.
Po wejściu do ludzkiego ciała w formie cyst tkankowych, przejściu poza żołądek, pasożyt uwalnia się w jelitach, przekracza nabłonek jelitowy, kontynuując namnażanie się. Gdy znajdzie się w krwiobiegu, w swojej wewnątrzkomórkowej lokalizacji, może być przenoszony po całym ciele. Toxoplasma ma szczególny tropizm do tkanek mięśniowych i mózgowych, gdzie może pozostawać w formie cystycznej przez całe życie człowieka74.
Toksoplazmoza a schizofrenia
Istnieje kilka wyjaśnień dla związku między toksoplazmozą a schizofrenią. Toxoplasma spp. jest pasożytem neurotropowym, mającym szczególne powinowactwo do komórek glejowych. Cysty składające się z bradyzoitów można znaleźć w całym mózgu. Cysty te mogą prowadzić do zmian psychologicznych poprzez ich anatomiczną lokalizację75.
Toxoplasma spp. niekorzystnie wpływa na neurony dopaminergiczne poprzez zwiększenie poziomu substancji prozapalnych, takich jak cytokiny. Nawet w późniejszych stadiach choroby przewlekłej, Toxoplasma spp. produkuje hydroksylazę tyrozyny, a enzym ten powoduje ograniczenie syntezy dopaminy, a niedobór dopaminy może być związany z chorobą Parkinsona76.
Toksoplazmoza a epilepsja
Istnieją badania kliniczno-kontrolne wykazujące wyższą częstość występowania seropozytywności dla toksoplazmozy u pacjentów z kryptogenną padaczką77. Chociaż istnieją prawdopodobne mechanizmy i metaanalizy wspomniane powyżej, istnieje potrzeba większej liczby badań klinicznych, aby uzyskać silne dane dotyczące związku między toksoplazmozą a padaczką78.
Nowe kierunki badań i perspektywy terapeutyczne
Głębsze zrozumienie mechanizmów nadzoru immunologicznego nad pasożytem toksoplazmozy w mózgu może sugerować nowe strategie terapeutyczne mające na celu stymulowanie naturalnej odporności na pasożyta w celu lepszego powstrzymania lub nawet wyeliminowania go79.
Naukowcy z uniwersytetów w Genewie i Zurychu oraz PSI zidentyfikowali strukturę i funkcje RON13, enzymu pasożyta toksoplazmozy, który jest niezbędny dla mechanizmu zakaźnego u ludzi. Zrozumienie, w jaki sposób pasożyt zdołuje wniknąć do komórek gospodarza, oferuje nowe możliwości opracowania bardziej skutecznych strategii zapobiegania i kontroli niż te obecnie dostępne80.
Badania pokazują, że jeśli zaprojektujemy nowe leki, które celują w ten szlak odpowiedzi na stres, leki te mogą być skuteczne zarówno przeciwko ostrej, jak i przewlekłej infekcji Toxoplasma81.
Toxoplasma gondii manipuluje odpowiedzią immunologiczną poprzez hamowanie lub stymulowanie cytokin, co sugeruje potencjał do kontrolowania i utrzymywania zrównoważonego układu odpornościowego. Dodatkowo, T. gondii ma również unikalną cechę bycia tzw. bakterią trojańskiego konia, która może być wykorzystana jako system dostarczania leków do leczenia regionów, które były odporne na poprzednie terapie dostarczania leków82.
Dostawa leków za pośrednictwem T. gondii wykorzystuje komórki odpornościowe, które są zaangażowane w różne choroby, a to podejście może być zastosowane do różnych chorób, dla których dotychczasowa dostawa leków była trudna, w tym nowotworów83.
Diagnostyka toksoplazmozy
Toksoplazmoza jest diagnozowana na podstawie badań serologicznych, które są rutynową metodą diagnostyczną84. Wykrywanie materiału genetycznego pasożyta za pomocą PCR jest szczególnie przydatne w wykrywaniu zakażeń wrodzonych in utero i zapalenia mózgu toksoplazmozowego u osób z HIV85.
Wykrywanie przeciwciał specyficznych dla Toxoplasma jest główną metodą diagnostyczną w celu określenia zakażenia Toxoplasma86. Awidność przeciwciał IgG przeciwko T. gondii jest użytecznym markerem do różnicowania między niedawną a odległą infekcją87.
Toksoplazmozę diagnozuje się za pomocą metod biologicznych, serologicznych lub histologicznych; lub jakiejś kombinacji tych metod88.
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.