Сонная болезнь

Гиперсомнии могут возникать как следствие инфекционно-воспалительных заболеваний мозговых оболочек (менингиты) и головного мозга (энцефалиты), например энцефалит Экономо. Однако, пожалуй, самым известным примером гиперсомний, обусловленных воспалением головного мозга, является заболевание, которое так и называется – сонная болезнь.

Сонная болезнь (или африканский трипаносомоз) – смертельно опасное паразитическое заболевание, передающееся посредством биологического переносчика (вектора), коим являются различные виды мухи цеце (Glossina).

Возбудителем являются трипаносомы (Trypanosoma brucei) двух подвидов: гамбийская (T. b. gambiense) и родезийская (T. b. rhodesiense), к остальным видам трипаносом у человека эволюционно выработалась резистентность.

Еще один вид трипаносом  (T. b. brucei) поражает млекопитающих (за исключением приматов) и приводит к развитию болезни Нагана у крупного рогатого скота. Основным естественным резервуаром для гамбийской трипаносомы являются люди, для родезийской формы – дикие и домашние животные.

Рис. 1. Переносчик африканского трипаносомоза – муха це-це.

Трипаносомозы сопровождают человечество на протяжении всей его истории. Так, например, в древнеегипетском ветеринарном папирусе Кахуна, датируемым вторым тысячелетием до н.э., можно найти описание заболевания, напоминающее трипаносомоз домашних животных (болезнь Нагана).

Однако вследствие удаленности эпидемических очагов сонной болезни от европейских стран, ничего не было известно о причинах возникновения болезни. Только в 1852 году шотландский исследователь Дэвид Ливингстон (David Livingston) эмпирически догадался, что болезнь Нагана может переноситься мухами це-це, а в 1895 году шотландским микробиологом Дэвидом Брюсом (David Bruce) была открыта и ее причина – трипаносома T.brucei (Steverding, 2008).

Рис.2. Шотландский бактериолог, паразитолог и эпидемиолог Сэр Дэвид Брюс (1855 – 1931), идентифицировавший T.brucei как возбудителя болезни Нагана.

В человеческой крови трипаносомы впервые наблюдал Роберт Форд (Robert Michael Forde), колониальный хирург Британской империи. Это произошло в 1901 году, когда он обследовал капитана пароходного судна, прибывшего из Гамбии.

Он предположил, что микроорганизмы, наблюдаемые им в крови, являются червями, однако уже в следующем 1902 году английским врачом Джозефом Дюттоном (Joseph Everett Dutton) было доказано, что это трипаносомы, которым было присвоено название T. b. gambiense (Steverding, 2008).

В этом же году итальянский врач Альдо Кастеллани (Aldo Castellani) обнаружил трипаносом не только в крови, но и в спинномозговой жидкости больных сонной болезнью. Он предположил, что причиной сонной болезни являются эти паразитические организмы.

На основании всех имеющихся на тот момент сведений Дэвид Брюс предложил обобщенную концепцию сонной болезни, в которой переносчиками трипаносомоза выступали мухи це-це, причем согласно этой концепции трипаносомы не просто переносятся механически, а проходят циклические стадии развития в организме мух.

Вторую, патогенную для человека форму трипаносомы – родезийскую, открыли в 1910 году паразитологи Джон Стефенс (John William Watson Stephens) и Харольд Бенджамин Фантам (Harold Benjamin Fantham).

Жизненный цикл

У трипаносом чрезвычайно сложный жизненный цикл (рис.3). Во время укуса позвоночного паразит в метациклической форме трипомастиготы (инфекционная форма) попадает в кишечник мухи цеце, где он претерпевает морфологические изменения, превращаясь в проциклические формы.

Рис.3. Жизненный цикл T. brucei.

Это происходит в цитоплазме клеток. Далее проциклические формы начинают размножаться бинарным делением (надвое) и покидать кишечник мухи, превращаясь в эпимастигот. Эпимастиготы попадают в слюнные железы мух, где размножаются и превращаются в метациклические формы. Весь этот цикл занимает 18-35 дней.

Во время укуса муха переносит в кровеносное русло человека метациклические формы трипомастигот, где они сначала задерживаются в небольшом шанкре под кожей, а потом разносятся по кровеносной и лимфатической системам по органам и тканям организма, в том числе в головной мозг, вызывая менингоэнцефалит.

В крови, лимфе и спинномозговой жидкости, трипомастиготы размножаются бинарным делением. Во время укуса зараженного человека муха цеце захватывает трипомастиготы из крови пациента и цикл повторяется.

Рис.4. Морфологические формы трипаносомы.

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Trypanosoma_brucei

Эпидемиология

Ареал распространения африканского трипаносомоза очень широк и охватывает около 36 стран тропической Африки, в частности бассейн реки Конго и ограничивается только областью обитания различных видов мухи це-це (рис.5).

Гамбийская форма сонной болезни составляет около 95 % всех случаев заболевания (преимущественно Центральная и Западная Африка), в то время как на долю родезийской формы приходится 5%  (преимущественно Восточная и Южная Африка).

Рис.5. Карта распространения африканского трипаносомоза. Уганда – единственная страна, эндемичная для обеих форм.

Источник: Brun et al. (2009) Human African trypanosomiasis. The lancet, 375 (9709): 148-159.

В XX веке было зафиксировано три больших эпидемии сонной болезни (Steverding, 2008):

  • Первая эпидемия продолжалась с 1896 по 1906 год и затронула по большей части Кению, Уганду и Конго. Предположительно эпидемия унесла около 800 тысяч жизней;
  • Вторая эпидемия пришлась на период 1920 – 1940 гг. и охватила достаточно большое количество африканских стран;
  • Третья эпидемия (1970 — 1990 гг) явилась следствием обретения независимости многими африканскими странами и свертыванием европейских программ по контролю над трипонасомозом. Эпидемия охватила главным образом Анголу, Конго, Южный Судан и Уганду.

Рис.6. Количество зарегистрированных случаев сонной болезни и обследованное население в период 1939-2004 гг. Источник: Steverding D. (2008) The history of African trypanosomiasis. Parasites&vectors, 1 (3): 1-8.

Обозначения: серые столбики – количество случаев заболевания; черный график – скринированное население.

В 2001 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) достигла соглашения с фармацевтическими компаниями Авентис (Sanofi-Aventis) и Байер (Bayer AG) о бесплатных поставках лекарственных препаратов против сонной болезни для стран, эндемичных по данному заболеванию.

Распределением этих препаратов занимается организация «Врачи без границ» (Médicins Sans Frontières). Благодаря этому количество зарегистрированных случаев сонной болезни начало медленно, но верно снижаться (рис.3). На данный момент количество больных сонной болезнью оценивается как 50 – 70 тысяч человек (Steverding, 2008).

Для борьбы с сонной болезнью выработали несколько подходов:

  • Проводить контроль над популяциями мухи це-це. Например, с использованием техники стерилизации мужских особей, что позволяет, не нанося вреда окружающей среде инсектицидами, эффективно уничтожать популяции мух вида Glossina;
  • Активное систематическое выявление случаев заболевания (systematic case detection) как регулярный скрининг, направленный на выявление случаев и лечения африканского трипаносомоза с целью контролирования распространения заболевания. Этот метод был предложен французским военным хирургом Эженом Жамо (Eugene Jamot) и опробован в Камеруне, где за 11 лет уровень заболеваемости сонной болезнью упал с 60% в 1919 г. до 0,2 – 0,4% в 1930 г.

К сожалению, полностью избавиться от заболевания пока не удается и причины этого долгое время были не вполне понятны. Однако ученые заметили один любопытный феномен: часто скрининг населения на наличие паразита (микроскопия мазка крови, пунктат лимфоузлов) давал отрицательный результат, а спустя какое-то время люди целыми деревнями заболевали.

Потом болезнь вновь неожиданно куда-то пропадала, но лишь с тем, чтобы позже также внезапно появиться. Оказалось, что трипаносомы уходят в подполье, исчезая из крови, лимфы и спинномозговой жидкости и обнаруживаясь …. в коже!

Трипаносомы по какой-то причине часть своего жизненного цикла существуют в виде кожного заболевания, что делает невозможным выявить зараженных людей, используя существующие методы диагностики.

Эксперименты на лабораторных животных подтвердили, что паразиты заселяют именно кожу, поскольку были выявлены в дерме и подкожной жировой клетчатке спустя 12 дней после внутрибрюшинного введения низко- (STIB247) и высоковирулентного (TREU927) штаммов Trypanosoma brucei и штамма Trypanosoma brucei gambiense (Capewell et al., 2016).

При этом появление паразитов в коже не сопровождалось никакими воспалительными реакциями. Эти данные должны изменить современную политику выявления заболевания только через анализы крови и назначать лечение только тем, у кого наблюдается яркая симптоматика.

Патогенез

Патогенез сонной болезни состоит из трех звеньев:

  • формирование шанкра после укуса мухи;
  • распространение паразита с током крови и лимфы, его проникновение в ЦНС;
  • уклонение паразита от трипанолитических факторов системы комплемента крови (уклонение от иммунной системы хозяина) при помощи процесса антигенной вариации.

Рис.7. Мазок крови больного трипаносомозом. Источник: CDC/Dr. Myron G. Schultz. Centers for Disease Control and Prevention’s Public Health Image Library (PHIL) #613

Каждая клетка имеет на своей мембране поверхностные гликопротеины, являющимися для иммунной системы человека маркерами, по которым происходит «узнавание» чужеродных агентов.

Трипаносомы, попадая в кровь, активируются при помощи пептидаз семейства GPR89 (Rojas et al., 2019) и начинают менять располагающийся на ее поверхности гликопротеин VSG путем двухцепочечного разрыва ДНК с последующей конверсией генов (Pinger et al., 2017).

Каждый паразит экспрессирует только один VSG ген в единицу времени. Во время инфекции организм хозяина вырабатывает антитела, специфичные к VSG и обезвреживает основную массу паразитов, но часть их остается, поскольку успевают переключиться на выработку другого VSG из своего репертуара. К ним также вырабатываются антитела (ранние IgM Abs), но к этому времени паразиты уже успевают размножиться и часть из них опять меняет свой VSG.

Этот циклический процесс приводит к появлению характерных волн паразитемии, возникающих с интервалом в 5-8 дней. Трипаносомам достаточно 4,5 дня, чтобы полностью сменить свои поверхностные гликопротеины VSG, при этом они могут быть элиминированы только ранними IgM Abs примерно в первые 29 часов этого периода (Pinger et al., 2017). Таким образом, трипаносомы обходят иммунную защиту организма.

Ученые искусственно создали двухцепочечные разрывы ДНК при помощи дрожжевого фермента эндонуклеазы в области гена, кодирующего поверхностный гликопротеин VSG, и изменчивость возросла в 250 раз! Именно по этой причине не существует вакцин от сонной болезни и других трипаносомозов.

Симптомы инфекции:

Болезнь может протекать как в острой (характерно при инфицировании родезийской формой трипаносомы), так и в хронической (характерно для гамбийской формы трипаносомы) форме.

Развитие болезни имеет три стадии:

  1. Инкубационный период. После укуса формируется трипаносомозный шанкр, представляющий собой болезненный плотный узел с локальным отеком и гиперемией. В течение 1-2 (иногда до 4) недель шанкр самопроизвольно рассасывается.
  2. Гемолимфатическая стадия. В этой стадии происходит внедрение паразита в кровеносное русло (гематогенная и лимфогенная диссеминация), которое происходит через 14-21 день от момента укуса и распространение его по организму. Начало данной стадии сопровождается повышением температуры, ознобом, увеличением лимфатических узлов (особенно шейных), ломотой, головными болями, обильным потоотделением. Наряду с лихорадкой появляется макулярная сыпь на туловище. Эти симптомы то утихающие, то обостряющиеся продолжаются в течение 1 недели.
  3. Неврологическая стадия или стадия менингоэнцефалита наступает, когда паразит попадает в ЦНС через гемато-энцефалический барьер. Именно эта стадия, характеризующаяся нарушениями цикла сна-бодрствования, и дала название болезни – «сонная болезнь». Эта стадия сопровождается неспецифическими симптомами головной боли, повышенной сонливости днем, бессонницей ночью. Со временем сонливость усиливается, увеличивается общее время сна. При родезийской форме эта стадия протекает в течение 3-6 недель, при гамбийской – до 2 лет. При отсутствии лечение наступает кома и смерть в пределах нескольких месяцев (при инфицировании родезийской формой) или лет (при инфицировании гамбийской формой).

Установлено, что в развитии патологической сонливости принимает участие серотонин-триптофановый цикл, поскольку у инфицированных пациентов уровень триптофана в сыворотке крови и уровень серотонина в мозге резко понижаются (Vincendeau et al., 1999).

Вероятно, это может происходить в связи с повышением активности фермента индолеамин 2,3-диоксигеназы интерфероном-гамма. Кроме того, трипаносомы интенсивно поглощают триптофан, образуя метаболиты: индол молочной кислоты и триптофол (3-индол-этанол) – вещество, вызывающее сон (Cornford et al., 1979), поскольку его инъекции лабораторным животным вызывают у них сноподобное состояние (Feldstein et al., 1970; Seed et al., 1978).

Триптофол также вырабатывается некоторыми видами грибов (Candida albicans) и растений (Pinus sylvestris), а также присутствует в винных продуктах, поскольку образуется при ферментации этанола бактериями Saccharomyces cerevisiae. Не потому ли многих людей клонит в сон после вина?

Вырабатываемый трипаносомами триптофол проходит через гемато-энцефалический барьер и попадает в головной мозг. В экспериментах на лабораторных животных, при внутривенном введении триптофола, он связывается с сывороточным альбумином и через 2-5 минут после введения около 85% триптофола оказывается в мозге (Cornford et al., 1979). Триптофол не только угнетает метаболизм глюкозы в мозге (Cornford et al., 1981), но и обладает цитотоксическим, цитостатическим и генотоксическим действием (Kosalec et al., 2008).

Диагностика и лечение

Сонная болезнь является очень опасным заболеванием с высоким процентом смертельного исхода, и успех лечения зависит от своевременности постановки диагноза. Чем раньше назначено лечение, тем выше вероятность благоприятного прогноза и выше эффективность самого лечения. К сожалению, согласно статистике, лишь около 10% пациентов успевают вовремя обратиться за медицинской помощью.

Диагностику проводят с помощью микроскопии мазка крови и пунктата лимфоузлов (в начале заболевания); на более поздних стадиях используются микроскопия спинномозговой жидкости, серологические реакции и биологическая проба (заражение лабораторных мышей).

Лечение, как правило, долгое и тяжелое ввиду токсичности применяемых лекарственных средств, которых не так уж и много.

В 1902 году французами Шарлем Лавераном (Charles Louis Alphonse Laveran) и Феликсом Меснилом (Felix Mesnil) было предложено первое лекарственное средство против трипаносомоза – арсенит натрия (мышьяковистокислый натрий), которое показало высокую эффективность на лабораторных животных (Steverding, 2008), но и одновременную токсичность.

Менее токсичный препарат «Атоксил» (atoxyl) был разработан в 1904 году канадским доктором Харольдом Томасом (Harold Wolferstan Thomas) и австрийским зоологом Антоном Брейнлем (Anton Breinl). Однако и этот препарат не был безопасным. Так, Роберт Кох (Robert Koch) показал, что из 1622 пациентов, пролеченных атоксилом, у 22 наблюдалась атрофия оптического нерва, приводившая к полной потере зрения.

В 1916 году Вильгельм Рёль (Wilhelm Roehl) разработал первое эффективное и достаточно безопасное средство от сонной болезни. Этот препарат, впоследствии названный сурамин (suramin), до сих пор используется в терапии ранних стадий сонной болезни, вызванной родезийской формой T.brucei.

Еще один препарат для лечения сонной болезни на ранних стадиях, который используется в настоящее время – пентамидин (pentamidine) разработан английским химиком Артуром Эвинсом (Arthur James Ewins) в 1937 году.

Меларзорпол (melarsorpol), разработанный швейцарским микробиологом Эрнстом Фридхаймом (Ernst Friedheim), был предложен для лечения поздних (неврологических) стадий родезийской формы африканского трипаносомоза у человека. Это лекарственное средство достаточно эффективно и используется до сих пор.

В 1990 году был разработан селективный ингибитор орнитин декарбоксилазы – эфлорнитин (eflornithine) и предложен для лечения поздних стадий трипаносомоза, вызванного T.b. gambiense. Несмотря на то, что лечение этим препаратом сложное, эфлорнитин является хорошей альтернативой меларзорполу, т.к. оно менее токсично.

Имеется успешный опыт использования нифуртимокса (nifurtimox) в комбинации с меларзорполом и с эфлорнитином на поздних стадиях заболевания. Нифуртимокс несколько сглаживает токсические эффекты меларпзорпола и эфлорнитина, а также увеличивает их эффективность.

Нифуртимокс формирует нитроанионные радикальные метаболиты, которые вступают в реакцию с нуклеиновыми кислотами паразитов, вызывая существенные повреждения их ДНК. Нифуртимокс подвергается восстановлению и образует активные формы кислорода (таких, как перекись водорода), которые являются токсичными для трипаносом.

Все перечисленные лекарственные средства имеют много недостатков в виде серьезных побочных и токсических эффектов (например, пентамидин может нарушать обменные процессы, приводить к заболеваниям сердца и ЖКТ, а сурамин может нефро- и неврологическую токсичность, а также токсичность в отношении эпителиальной ткани и костного мозга), противопоказаний.

Кроме того само лечение происходит длительно и болезненно, а в отдельных случаях приводит к госпитализации и смерти (Volpedo et al., 2019). Поэтому поиск новых лекарственных средств для профилактики и лечения африканского трипаносомоза чрезвычайно актуален.

Для успешной разработки новых эффективных лекарственных средств, необходимо более тщательное изучение базовых вопросов резистентности животных и человека к различным видам трипаносом.

Так, например, известно, что в крови человека находится трипанолитический фактор, состоящий из аполипопротеина А-1 (ApoA-1), гаптоглобин-связывающего белка (Hpr) и аполипопротеина L-1 (ApoL-1), который нейтрализует большинство типов трипаносом (Widener et al., 2007; Thomson et al., 2009), к которым у человека эволюционно развилась устойчивость.

При инфицировании паразит вызывает гемолиз, который активирует трипанолитический фактор. Этот фактор связывается с рецепторами, локализованными в жгутиковом углублении (flagellar pocket) паразита, откуда при помощи эндоцитоза он попадает в трипаносому.

Оказавшись в везикуле внутри паразита ApoL-1 активируется и начинает формировать поры в мембране, приводя к нарушению регуляции ионного обмена и, как следствие, к осмотрическому дисбалансу и лизису паразита.

В это же время Hpr приводит к формированию активных форм кислорода, токсичных для трипаносом (Widener et al., 2007). Однако возбудители гамбийской и родезийской форм сонной болезни избегают лизиса этим фактором, поскольку родезийская форма экспрессирует  SRA-белок (serum resistance associated protein), который связывает и нейтрализует ApoL-1, через его С-терминаль.

Механизм защиты гамбийской формы от трипанолитического фактора не установлен, но он точно не задействует SRA. Ученые обнаружили, что бабуины и некоторые другие приматы содержат в сыворотке крови определенный трипанолитический фактор (ортолог ApoL-1), который делает их невосприимчивыми к родезийской форме трипаносомоза.

Это происходит потому что ортолог ApoL-1 имеет на своей C-терминали 2 молекулы лизина, которые меняют заряд С-терминали молекулы, а также меняют степень олигомеризации молекулы таким образом, что связывание SRA с ApoL-1 становится невозможным.

В in vivo экспериментах было показано, что трансгенные мыши, экспрессировавшие человеческий ApoL-1 становились устойчивыми к T.b. brucei (Molina-Portela et al., 2008), а совместная экспрессия Hpr бабуина и человеческого ApoL-1 у трансгенных мышей предотвращало связывание с SRA белком и, таким образом, делало животных устойчивыми к родезийской форме трипаносомоза (Thomson et al., 2009).

Некоторое время назад шли разработки принципиально нового лекарственного средства против африканского трипаносомоза. Исследователи из VIB (межуниверситетский институт биотехнологий, Фландрия) и открытого университета (Брюссель) Серж Мюльдерманс (Serge Muyldermans) и Патрик де Бэтселье (Patrick De Baetselier) в 2004 г создали особую наночастицу (однодоменное антитело NbAn33), способную сцепляться с VSG трипаносомы. К этой наночастице прицепили укороченный вариант ApoL-1 (Tr-ApoL-1) с отсутствующим доменом связывания с SRA.

Данный  комплекс (NbAn33-Tr-ApoL-1) способен присоединяться к паразиту и нейтрализовывать его. Таким образом получился искусственно созданный иммунотоксин для лечения африканского трипаносомоза. Доклинические испытания на мышах показали высокую эффективность этого лекарственного препарата в отношении как острой, так и хронической форм трипаносомоза.

Единственная внутрибрюшинная инъекция в дозе 20 мкг или выше полностью излечивала грызунов и удаляла паразитов из крови, при этом не наблюдалось никаких побочных эффектов в течение 60-дневного периода наблюдения (Baral et al., 2006).

Однако мною не было найдено информации о результатах клинических испытаний данного лекарственного средства и спустя 13 лет после публикации его все еще нет в списках авторизированных средств Всемирной организации здравоохранения (WHO) против африканского трипаносомоза.

На данный момент альтернатив описанным выше мелапрозолу, пентамидину, сурамину, мелапрозолу и эфлорнитину (в сочетании с нифуртимоксом) пока, к сожалению, нет.

Однако исследовательская работа ведется. Так, например, в данный момент завершены клинические испытания (II/III фаза) лекарственного препарата от Sanofi – фексинидазола (fexinidazole) против гамбийской формы трипаносомоза. Предполагается его пероральное использование в течение всего 10 дней как при ранних, так и при поздних стадиях заболевания.

Еще один многообещающий препарат – акозиборол (acoziborole) – показал эффективность в доклинических и клинических (I/II фаза) исследованиях и сейчас проходит фазу III клинических исследований (данные с сайта WHO).


Показалось интересным или полезным — подпишитесь на анонсы новых статей в наших пабликах ВКонтакте и Фейсбуке.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Sorry that something went wrong, repeat again!