Дизентерия: патогенез и патологическая анатомия
В организм человека шигеллы попадают через рот. В силу своих генетических особенностей они выдерживают высокую кислотность и преодолевают желудочный барьер легче, чем возбудители других кишечных инфекций.
В основе патогенеза дизентерии лежит проникновение шигелл в клетки эпителия толстой кишки и дальнейшее распространение из клетки в клетку. Бактерии прикрепляются к поверхности клетки и проникают в нее посредством эндоцитоза. Освободившись из эндосом, они индуцируют направленную полимеризацию актина, благодаря чему продвигаются к поверхности клетки. Этот механизм позволяет шигеллам не только избегать действия защитных сил макроорганизма, но и распространяться по слизистой. Внутриклеточное размножение бактерий вызывает повреждение и гибель клеток и образование характерных изъязвлений слизистой.
Описанный процесс чрезвычайно сложен. Его обеспечивают многочисленные гены, расположенные как на хромосоме, так и на крупной (молекулярная масса 120-140 млн) плазмиде, имеющейся у всех вирулентных штаммов Shigella spp. и у энтероинвазивных штаммов Escherichia coli (возбудителей инфекции, сходной с дизентерией). По мере изучения патогенеза дизентерии открывают все новые и новые структурные и регуляторные гены, участвующие в этом процессе. Некоторые из кодируемых этими генами белков вызывают перестройку цитоскелета эпителиальных клеток, побуждая их к фагоцитозу. После того как одна бактерия проникла в одну эпителиальную клетку, весь дальнейший процесс может идти без выхода возбудителя во внеклеточное пространство и, следовательно, без соприкосновения с защитными силами макроорганизма.
Раньше считали, что шигеллы проникают в макроорганизм, внедряясь непосредственно в энтероциты . Однако исследования на клеточных культурах и на изолированной подвздошной кишке кролика показали, что воротами для них могут служить М-клетки . Попадание бактерий в эти клетки вызывает воспалительную реакцию и нарушает целость плотных контактов между эпителиальными клетками, что облегчает остальным бактериям проникновение в слизистую. Последующая инфильтрация собственной пластинки слизистой нейтрофилами является решающим звеном в патогенезе дизентерии, с которым связано резкое увеличение количества бактерий, проникающих в энтероциты. В экспериментах на животных такого увеличения не происходит, если миграция нейтрофилов подавлена антителами к CD18 .
Для реализации своей вирулентности шигеллы должны выйти из эндосом в цитоплазму и размножиться. Размножаясь, бактерии передвигаются по направлению к клеточной мембране и переходят из клетки в клетку. Это происходит благодаря направленной полимеризации актина клетки-хозяина (актиновый хвост находится у одного из концов делящейся бактерии). Пластин - актинсвязывающий белок клетки-хозяина - сшивает между собой нити актина, проталкивая бактерию в противоположном направлении. Источником энергии для этого "актинового двигателя" служит АТФ, которую поставляет бактериальная АТФаза ( белок IcsA ). Белок IcsA , в свою очередь, фосфорилируется протеинкиназой A клетки-хозяина.
Фосфорилирование снижает вирулентность шигелл и ограничивает их распространение.
Другой белок макроорганизма, играющий важную роль в патогенезе дизентерии, - Е-кадгерин , без которого невозможно передвижение возбудителя из клетки в клетку. Когда шигелла достигает клеточной мембраны, в последней образуется длинный пальцевидный выступ, сливающийся с мембраной соседней клетки. Дефекты Е-кадгерина нарушают этот процесс и тем самым препятствуют переходу бактерий из одной клетки в другую.
Заселенные бактериями клетки в конце концов погибают, возможно, в результате апоптоза.
У Shigella dysenteriae серотипа 1 еще одним важным фактором вирулентности является цитотоксин ( токсин Шиги ), который кодируется хромосомным геном stx . Экспрессия гена stx зависит от содержания в среде железа. Цитотоксин состоит из двух белковых субъединиц, каждая из которых имеет консервативный участок. Консервативный участок большей субъединицы A представляет собой N-гликозидазу, которая необратимо подавляет синтез белка, гидролизуя аденин в рРНК 60S-субъединицы рибосом млекопитающих. Консервативный участок субъединицы В распознает гликолипиды в мембранах клеток- мишеней, заканчивающиеся дисахаридом галактоза-альфа(1-4)-галактоза , и связывается с ними. Рецептором цитотоксина служит гликолипид Gb3 (глоботриозилцерамид) , содержащий трисахарид галактоза-галактоза-глюкоза. У кроликов он имеется на ворсинках тонкой кишки, но отсутствует в кишечных криптах.
Дикие токсигенные штаммы Shigella dysenteriae вызывают у приматов более тяжелое заболевание, чем их мутанты, утратившие способность продуцировать цитотоксин. Цитотоксин Shigella dysenteriae - прототип белковых токсинов, образуемых энтерогеморрагическими штаммами Escherichia coli . По-видимому, они играют важную роль в патогенезе микроангиопатических осложнений , гемолитико-уремического синдрома и тромботической тромбоцитопенической пурпуры , которые встречаются только при инфекциях, вызванных токсигенными штаммами Shigella dysenteriae и энтерогеморрагическими штаммами Escherichia coli .
Описано еще два энтеротоксина шигелл - ShET-1 и ShET-2 . Первый продуцирует только Shigella flexneri серотипа 2а. Второй распространен более широко и встречается также у энтероинвазивных штаммов Escherichia coli . ShET-1 кодируется хромосомным геном, ShET-2 - плазмидным. Оба токсина нарушают транспорт электролитов в кишечном эпителии in vitro и вызывают усиленную секрецию жидкости в подвздошной кишке кролика in situ. У больных людей к обоим токсинам вырабатываются антитела.
Какую роль эти токсины играют в патогенезе водянистого поноса при дизентерии, остается неясным.
При дизентерии на поверхности эпителия толстой кишки возникают обширные изъязвления, покрытые фибринозным экссудатом. Он содержит опущенные эпителиальные клетки, нейтрофилы и эритроциты и при тяжелом поражении может напоминать псевдомембраны. В кишечных криптах значительно уменьшается количество слизи и возрастает митотическая активность, что, по-видимому, обусловлено утратой поверхностных энтероцитов. В собственной пластинке слизистой наблюдаются отек, кровоизлияния, инфильтрация нейтрофилами и плазматическими клетками. Эндотелий капилляров и венул набухший, видны прикрепленные к нему лейкоциты. Под электронным микроскопом в эпителиальных клетках видны бактерии - в эндосомах и непосредственно в цитоплазме. В пораженной толстой кишке обнаруживают изменения эндотелия, характерные для действия эндотоксина (липополисахарида шигелл).
Белковый цитотоксин Shigella dysenteriae тоже действует на эндотелиальные клетки, особенно когда под влиянием эндотоксина или провоспалительных цитокинов усиливается экспрессия рецепторов цитотоксина. При дизентерии, вызванной Shigella dysenteriae серотипа 1, уровень эндотоксина в крови бывает высоким даже в отсутствие бактериемии.
При дизентерии, вызванной Shigella flexneri , он несколько ниже.
Распространенность эндотоксинемии указывает на значительную роль эндотоксина в патогенезе дизентерии. Действие эндотоксина отчасти обусловлено его способностью индуцировать транскрипцию генов провоспалительных цитокинов . В то же время проникновение бактерий в слизистую само по себе активирует фактор транскрипции NFкаппаB , участвующий в регуляции синтеза цитокинов . При дизентерии, вызванной Shigella dysenteriae и Shigella flexneri , клетки-продуценты цитокинов обнаруживаются как в слизистой толстой кишки, так и в кале. Известно, что количество клеток, продуцирующих ИЛ-1 , ИЛ-6 , интерферон альфа и трансформирующий фактор роста бета , прямо пропорционально тяжести воспаления.
Таким образом, воспалительную реакцию при дизентерии можно расценивать и как результат инфекции, и как звено патогенеза.
Эпидемиологические исследования показывают, что при дизентерии возникает типоспецифический иммунитет. Точная природа его неизвестна. Антитела к поверхностным белкам наружной мембраны, участвующим в процессе проникновения бактерий в клетки, дают перекрестные реакции с разными видами и серотипами возбудителя, но иммунитета не обеспечивают. Типоспецифичностью обладают соматические антигены шигелл . Протективными, по-видимому, являются антитела к эндотоксину. Показано, что в периоде выздоровления к нему появляются секреторные IgA.
