Patogeneza, epidemiologia i kontrola infekcji paciorkowcami grupy A

Streptococcus pyogenes(Grupa APaciorkowiec; GAS) jest doskonale przystosowany do ludzkiego żywiciela, powodując bezobjawowe zakażenie, zapalenie gardła, ropne zapalenie skóry, szkarlatynę lub choroby inwazyjne, które mogą wywołać poinfekcyjne następstwa immunologiczne. GAS wykorzystuje szereg determinantów zjadliwości, aby umożliwić kolonizację, rozprzestrzenianie się w obrębie żywiciela i przenoszenie, zakłócając zarówno wrodzoną, jak i adaptacyjną odpowiedź immunologiczną na infekcję. Wahania globalnej epidemiologii GAS charakteryzują się pojawieniem się nowych klonów GAS, często związanym z nabyciem nowej zjadliwości lub determinant przeciwdrobnoustrojowych, które są lepiej przystosowane do niszy infekcyjnej lub zapobieganiem odporności gospodarza. Niedawny pomysłPotwierdzenie klinicznych izolatów GAS o zmniejszonej wrażliwości na penicylinę i rosnącej oporności na makrolidy zagraża zarówno leczeniu pierwszego rzutu, jak i leczeniu antybiotykami wspomagającymi penicylinę. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opracowała plan badań i technologii GAS oraz nakreśliła preferowane właściwości szczepionek, stymulując ponowne zainteresowanie rozwojem bezpiecznych i skutecznych szczepionek GAS.

Zioło chińskie cistanche roślina-przeciwnowotworowa

Wstęp

Streptococcus pyogenes (Streptococcus grupy A; GAS) to Gram-dodatni, zaadaptowany do żywiciela patogen bakteryjny powodujący łagodne zakażenia u ludzi, takie jak zapalenie gardła i liszajec, aż do rzadkich, ale ciężkich chorób inwazyjnych, takich jak posocznica, paciorkowcowy zespół wstrząsu toksycznego (STSS) i martwicze zapalenie powięzi. Powtarzające się zakażenia GAS mogą wywołać następstwa autoimmunologiczne, w tym gorączkę reumatyczną, która może prowadzić do reumatycznej choroby serca (RHD)1. Epidemiologicznie GAS można podzielić na typy o wielkości ponad 220 mm2 (w oparciu o sekwencję genu końca aminowego białka M wystawionego na powierzchnię), które wykazują różne wzorce dystrybucji regionalnej i globalnej3. Niedawne badanie epidemiologiczne wykryło wieloklonalne ogniska szkarlatyny w Azji i Wielkiej Brytanii4–7, przy czym wybuchowi epidemii w Wielkiej Brytanii towarzyszył gwałtowny wzrost liczby infekcji inwazyjnych4. Jako patogen ludzki przystosowany do żywiciela, GAS wymaga nieprzerwanego cyklu przenoszenia, przylegania do miejsca pierwotnej infekcji (skóry lub gardła), kolonizacji i proliferacji, obrony zarówno przed wrodzonym, jak i nabytym układem odpornościowym, a następnie rozprzestrzenienia się na nowego żywiciela. Odkrywane są nowe strategie zjadliwości stosowane przez GAS w celu manipulowania mechanizmami obronnymi gospodarza. Na przykład wykazano, że rozszczepienie Gasderminy A (GSDMA) przez paciorkowcową proteazę GAS, pirogenną egzotoksynę B (SpeB), wywołuje piroptozę komórek gospodarza8,9, podczas gdy niezmiennicze komórki T związane z błoną śluzową (komórki MAIT) zostały niedawno zidentyfikowane jako wysoce aktywowane u pacjentów ze STSS i jako główne czynniki odpowiedzialne za burzę cytokin związaną z tą chorobą10. W przypadku braku komercyjnej szczepionki przeciwko GAS, interwencja medyczna przeciwko GAS polega na stosowaniu antybiotyków w celu leczenia lub zapobiegania infekcji. Jednakże oporność na antybiotyki GAS rośnie i odnotowano pierwsze mutacje powodujące zmniejszoną wrażliwość na penicylinę11–15; niemniej jednak GAS pozostaje wrażliwy na antybiotyki -laktamowe. Aby przyspieszyć rozwój szczepionki GAS, Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opracowała plan badań i technologii GAS oraz określiła preferowane cechy produktu16. Do zdefiniowania globalnej struktury populacji GAS i przewidywania zasięgu antygenów szczepionkowych zastosowano wielkoskalową genomikę17. Opracowywane są nowe formulacje szczepionek GAS skierowanych przeciwko antygenom białka M i antygenom innym niż białko M18. Model zapalenia gardła wywołanego GAS u naczelnych innych niż człowiek został niedawno wykorzystany do oceny skuteczności szczepionki GAS19, a opracowanie modelu kontrolowanego zakażenia u człowieka (CHIM) zapalenia gardła wywołanego przez GAS20 zapewnia przyszłą możliwość oceny skuteczności szczepionki u żywiciela ludzkiego. W ostatniej dekadzie byliśmy świadkami wielkiego postępu w dziedzinie badań nad GAS, ale nawet przy ciągłym opracowywaniu nowych eksperymentalnych modeli infekcji i strategii leczenia, wzmożeniu wysiłków na rzecz opracowania szczepionek i wysiłkach w zakresie aktywnego nadzoru, globalne obciążenie chorobami GAS pozostaje niezaspokojonym problemem opinii publicznej wyzwanie zdrowotne. Pojawienie się i rozpowszechnienie zarówno szczepów wielolekoopornych, jak i nowych toksykogennych klonów GAS podkreśla pilną potrzebę ulepszenia strategii zdrowia publicznego w celu zapobiegania zakażeniom ludzkim GAS lub ich leczenia. Ponieważ omówienie wszystkich epidemiologicznych, klinicznych i molekularnych aspektów infekcji GAS wykracza poza zakres tego przeglądu, tutaj skupiamy się na najnowszych osiągnięciach i osiągnięciach badawczych.

Choroby wywołane przez GAS

Jako patogen doskonale przystosowany do człowieka, GAS może powodować szerokie spektrum objawów chorobowych. W Tabeli 1 opisano najczęstsze choroby związane z GAS, ale inne choroby towarzyszące obejmują zapalenie ucha środkowego, zapalenie zatok, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenie wsierdzia, zapalenie płuc, zapalenie otrzewnej i zapalenie kości i szpiku1. Szacuje się, że GAS jest przyczyną pół miliona zgonów rocznie, a za większość zgonów odpowiadają RHD i infekcje inwazyjne21. Ostatnie szacunki podkreślają znaczne obciążenie zdrowotne spowodowane infekcjami GAS, sugerując, że RHD jest odpowiedzialny za ponad 100 milionów lat życia skorygowanych niepełnosprawnością, z czego 0,1% przypisuje się zapaleniu gardła wywołanemu przez GAS u dzieci22. Szacunków tych nie przeprowadzono dla innych chorób GAS, a dane epidemiologiczne, szczególnie w krajach o niskich i średnich dochodach, są nadal skąpe. Badania przeprowadzone w Australii i Nowej Zelandii wskazują, że zapalenie tkanki łącznej jest odpowiedzialne za największe obciążenie zdrowotne i ekonomiczne wszystkich chorób GAS w tych warunkach23, nawet powyżej RHD. Łącznie globalne szacunki dotyczące obciążenia zdrowotnego i ekonomicznego wszystkimi chorobami wywołanymi przez GAS pozostają słabo poznane, co podkreśla pilną potrzebę gromadzenia lepszych danych na temat chorób, aby zrozumieć wpływ tego patogenu na całym świecie. W ciągu ostatniej dekady ważny ruch rzeczniczy WHO podniósł świadomość na temat RHD i jej wkładu w globalne obciążenie chorobami oraz pogłębienia nierówności społecznych w i tak już bezbronnych populacjach24,25. Ponadto badania przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych i Izraelu wykazały, że RHD nadal stanowi ważny problem zdrowia publicznego, nawet w krajach o wysokich dochodach26. Niemniej jednak w naszej wiedzy na temat tej choroby nadal istnieją istotne luki. Trwają wysiłki naukowe mające na celu wygenerowanie solidnych dowodów potwierdzających hipotezę o związku między współistniejącymi infekcjami skóry a rozwojem następstw immunologicznych27,28. Szkarlata gorączka, choroba, która praktycznie zniknęła pod koniec XX wieku, pojawiła się ostatnio ponownie, a jej ogniska odnotowano w Chinach, Hongkongu, Korei Południowej, Singapurze i Wielkiej Brytanii4,5,29–31. Do chwili obecnej szczepy ogniska choroby są głównie wieloklonalne i powiązane z odrębnymi markerami epidemiologicznymi, takimi jak przenoszenie ruchomych elementów genetycznych, które zawierają egzotoksyny i nadają wielolekową oporność na tetracyklinę i makrolidy6, szczególnie w Azji. Klony epidemiczne przypominające szkarlatynę wykryto także w kilku innych regionach geograficznych32,33. Dostęp do lepszych lokalnych i globalnych systemów nadzoru służących śledzeniu chorób związanych z GAS pozostaje niezwykle istotny, biorąc pod uwagę, że badania wykazały, że pacjenci z łagodnymi chorobami, którzy mieli bliski kontakt z osobami bezbronnymi, są narażeni na większe ryzyko infekcji inwazyjnych34. Ponadto w kilku krajach udokumentowano znaczny wzrost częstości występowania inwazyjnej choroby GAS, szczególnie w populacjach znajdujących się w niekorzystnej sytuacji i bezbronnych4,35–37, co ponownie podkreśla znaczenie ścisłego monitorowania epidemiologii GAS. Należy zauważyć, że do wykrytego wzrostu mogły również przyczynić się ulepszone scentralizowane systemy raportowania dotyczące opieki zdrowotnej.

Korzyści z suplementu cistanche – jak wzmocnić układ odpornościowy

Zakażenie GAS, czynniki i mechanizmy zjadliwości

Proces zakażenia człowieka przez GAS jest złożony i wieloczynnikowy, obejmujący zarówno czynniki gospodarza, jak i bakterie, które przyczyniają się do patogenezy zakażenia. GAS wytwarza dużą liczbę związanych ze ścianą komórkową i wydzielanych czynników zjadliwości, które mają różny wpływ na tkanki, komórki i elementy odpowiedzi immunologicznej (ryc. 1), które zostały obszernie omówione w innym miejscu1. W tym miejscu skupiamy się na kluczowych czynnikach zjadliwości, które są ważne dla kolonizacji tkanek nabłonkowych i postępu choroby inwazyjnej, podkreślając najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie.

Czynniki zjadliwości związane z powierzchnią

Białko M. GAS klasyfikuje się na podstawie sekwencji końca 5' genu kodującego białko M (mm). Zidentyfikowano ponad 220 mm genotypów2. Białko M jest dimerycznym białkiem fibrylarnym o spiralnej strukturze, które rozciąga się od ściany komórkowej bakterii 38. Składa się z konserwatywnego końca karboksylowego, który zapewnia kowalencyjne przyłączenie białka M do ściany komórkowej oraz hiperzmiennego, wyeksponowanego na powierzchni końca N, który zawiera Typ M określający 50 aminokwasów, który wykazuje znaczną różnorodność antygenową39. Udział białek M w zjadliwości GAS przypisuje się przede wszystkim ich działaniu immunomodulującemu. Mogą bezpośrednio wiązać się i rekrutować liczne składniki gospodarza, w tym plazmin(ogen) i fibrynogen, do powierzchni paciorkowców, nadając w ten sposób oporność na wrodzone i nabyte odpowiedzi immunologiczne1. Białka M wywołują także programowaną śmierć komórek w makrofagach poprzez indukcję maszynerii inflammasomu NLRP3, co prowadzi do przetwarzania i wydzielania cytokin prozapalnych interleukiny-1 (IL-1 ) i IL-18 ( ref. 40,41), aczkolwiek w sposób specyficzny dla typu M. Liczne badania dostarczyły dowodów na to, że białka M również przyczyniają się do kolonizacji żywiciela poprzez interakcję adhezyjną z receptorami komórek nabłonkowych, takimi jak białko kofaktora błonowego (MCP; znane również jako CD46)42 i glikany na powierzchni komórki43,44, chociaż różnice specyficzne dla serotypu w zgłaszano takie interakcje45.

Tabela 1|Choroby wywołane zakażeniem GAS

Kapsułka z kwasem hialuronowym.

Kapsułka kwasu hialuronowego GAS składa się z powtarzających się jednostek disacharydowych kwasu glukuronowego i N-acetyloglukokainy i nadaje charakterystyczną morfologię mokrej kolonii śluzowej. Kapsułka GAS jest strukturalnie identyczna z ludzkim kwasem hialuronowym, głównym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowych występujących w wielu tkankach organizmu, w tym w tkankach łącznych i nabłonkowych. Kapsułka GAS działa zatem w celu zakamuflowania patogenu przed układem odpornościowym gospodarza. Wiążąc się bezpośrednio z glikoproteiną CD44 na powierzchni komórki ludzkiej, głównym receptorem ludzkiego kwasu hialuronowego46, kapsułka GAS pośredniczy w przyleganiu do komórek nabłonkowych gardła i skóry47. Wiązanie zależne od CD44- prowadzi ponadto do aktywacji szlaków sygnalizacji komórkowej, które zakłócają integralność bariery nabłonkowej, umożliwiając w ten sposób GAS penetrację głębszych tkanek47. Wykazano także, że kapsułkowanie GAS zwiększa zjadliwość i odporność na zabijanie fagocytarne za pośrednictwem dopełniacza48. Jednakże donoszono o utracie wytwarzania kapsułek zarówno w przypadku szczepów inwazyjnych, jak i nieinwazyjnych kilku różnych typów, którym albo brakuje całego operonu genu otoczki hasABC (emm4, emm22 i emm89)49,50, albo niosą one inaktywujące mutacje w obrębie genów hasAB ( emm28 i emm87)51,52. Selektywna korzyść wynikająca z utraty kapsułki na tym tle genetycznym nie jest w pełni zrozumiała.

ryc. 1|Czynniki zjadliwości GAS i ich rola w przyleganiu, inwazji i unikaniu odporności komórek. A,

białko S.

W GAS opracowano wiele genialnych strategii pozwalających uniknąć klirensu immunologicznego. Niedawno opisano nową formę mimikry molekularnej, w której wykazano, że wysoce konserwatywne białko związane z powierzchnią (białko S) selektywnie wiąże błony krwinek czerwonych53. Zależna od białka S powłoka błonowa powierzchni komórek GAS chroni przed zabijaniem przez fagocyty, zapewniając krytyczne połączenie między charakterystyczną aktywnością hemolityczną tego patogenu a strategią kamuflażu immunologicznego, która może pomóc w ułatwieniu przeżycia i rozprzestrzeniania się krwi.

Wydzielane czynniki zjadliwości

Degradacja chemokin. Proteazy są wykorzystywane przez bakterie chorobotwórcze do specyficznego rozszczepiania i neutralizowania kluczowych cząsteczek sygnalizacyjnych wrodzonego układu odpornościowego54. GAS wydziela dwie takie proteazy, znane jako proteinaza otoczki komórkowej S. pyogenes (SpyCEP) i peptydaza C5a (ScpA), które rozszczepiają chemokinę IL-8 (znaną również jako ligand chemokiny motywu C–X–C 8 (CXCL8)) i składnik dopełniacza odpowiednio 5a (C5a)55,56. Rozszczepienie tych silnych chemoatraktantów upośledza infiltrację i aktywację neutrofili, kluczowy mechanizm obronny wrodzonej odporności.

Cistanche suplement korzyści-zwiększają odporność

Dezoksyrybonukleazy.

Różne patogenne paciorkowce wytwarzają zewnątrzkomórkowe deoksyrybonukleazy (DNazy), aby zwalczać obronę immunologiczną żywiciela57. Wszystkie sekwencjonowane szczepy GAS zawierają co najmniej jedną zewnątrzkomórkową DNazę58. W sumie w GAS57 zidentyfikowano sześć genów DNazy kodowanych przez profagi (sda1, sda2, spd1, spd3, spd4 i sdn) i dwa kodowane na chromosomach (spnA i spdB). Spośród nich SpnA jest jedyną DNazą zakotwiczoną w ścianie komórkowej zawierającą wymagany motyw LPXTG substratu sortazy59. Wydaje się, że głównymi funkcjami DNaz paciorkowcowych jest degradacja struktury DNA zewnątrzkomórkowych pułapek neutrofilów (NET), ułatwiająca uwalnianie uwięzionych bakterii60–62 oraz autodegradacja bakteryjnego DNA, hamując w ten sposób rozpoznawanie zależne od TLR9-przez komórki odpornościowe63 . Wyniki kilku modeli infekcji sugerują kluczową rolę DNaz w patogenezie choroby GAS60–62.

Streptokinaza.

Streptokinaza (SK) jest silnym, specyficznym dla człowieka białkiem aktywującym plazminogen. W przeciwieństwie do innych aktywatorów plazminogenu, SK nie ma wewnętrznej aktywności enzymatycznej. Kompleks SK – plazminogen ma aktywność podobną do plazminy i ma kluczowe znaczenie w patogenezie inwazyjnych chorób GAS, wspomagając rozprzestrzenianie się bakterii poprzez proteolizę białek obronnych gospodarza 64–67.

Enzymy rozkładające immunoglobuliny.

Aby uniknąć odporności nabytej, GAS wydziela trzy enzymy rozkładające immunoglobuliny, znane jako IdeS/Mac-1, Mac-2 i EndoS, które specyficznie celują w opsonizujące przeciwciała IgG. IdeS jest proteazą cysteinową, która rozszczepia łańcuch ciężki IgG68. Mac-2 jest allelicznym wariantem IdeS o podobnej aktywności endopeptydazy IgG. Obydwa białka działają jako endopeptydazy IgG; jednakże oddziałują one również z receptorami Fc komórek fagocytarnych, zakłócając w ten sposób mechanizmy obronne gospodarza, w których pośredniczy Fc. Natomiast EndoS ma aktywność endoglikozydazy i specyficznie hydrolizuje glikany rdzeniowe na ludzkich przeciwciałach IgG, neutralizując funkcje efektorowe przeciwciał podczas infekcji70.

SpeB. Szeroka specyficzność substratowa SpeB prowadzi do rozszczepiania szerokiego zakresu białek gospodarza i bakterii, w tym białek bariery międzykomórkowej na połączeniach nabłonkowych71, białek macierzy zewnątrzkomórkowej gospodarza72, czynników dopełniacza73, peptydu przeciwdrobnoustrojowego pochodzącego z katelicydyny LL-37 (ref. 74), składniki autofagii75 i chemokiny76. SpeB wykazuje również właściwości prozapalne poprzez bezpośrednie rozszczepianie i aktywację prekursorów IL-1 (ref. 77) i nabłonkowej IL-36 (ref. 78), dwóch silnych cytokin prozapalnych, które są krytyczne dla reakcje obronne gospodarza na infekcję i uraz. Inny niedawno odkryty mechanizm prozapalny obejmuje rozszczepianie i aktywację GSDMA tworzącego pory w komórkach nabłonka skóry, co wywołuje piroptozę, lityczną formę śmierci komórek zapalnych8,9. Niezależne od kaspazy cięcie GSDMA przez SpeB jest wysoce selektywne i wymaga przedostania się SpeB do cytozolu zakażonych komórek. Co ciekawe, chociaż SpeB jest wymagany we wczesnych stadiach procesu infekcji, warianty SpeB-ujemne często powstają w wyniku selekcji immunologicznej podczas ciężkich inwazyjnych infekcji w M1T1 GAS79–81 i, w mniejszym stopniu, w GAS82 innym niż M1. Utrata ekspresji SpeB w wyniku mutacji w układzie regulacyjnym covR/S powoduje akumulację aktywności plazminy związanej z powierzchnią, co wyzwala ogólnoustrojowe rozprzestrzenianie się GAS in vivo83.

Streptolizyny i glikohydrolaza NAD. Prawie wszystkie kliniczne izolaty GAS wydzielają dwie silne toksyny cytolityczne, streptolizynę S (SLS) i streptolizynę O (SLO), które powodują tworzenie się porów w błonach komórkowych eukariotów. Obie cytolizyny są cytotoksyczne wobec szerokiego zakresu komórek gospodarza, w tym komórek nabłonkowych i odpornościowych. SLS i SLO przypisano różne funkcje, począwszy od uszkodzenia tkanek miękkich, inwazji tkanek i wrodzonego unikania odporności po aktywację odpowiedzi prozapalnych88. Obwodowy układ nerwowy jest kolejnym specyficznym celem SLS, który aktywuje neurony czuciowe, powodując ból i hamując rekrutację komórek odpornościowych, promując przeżycie bakterii podczas infekcji89. W GAS aktywność zależnej od cholesterolu cytolizyny SLO jest funkcjonalnie współzależna z glikohydrolazą NAD ulegającą współekspresji (NADaza; znana również jako SPN lub NGA)90, która wyczerpuje komórki gospodarza w komórkowych magazynach energii91. SLO i NADaza fizycznie oddziałują i współstabilizują się po wydzielaniu92. Wiązanie błonowe zależne od NADazy sprzyja tworzeniu porów przez SLO93, co odwrotnie, ułatwia translokację NADazy do komórek gospodarza94. W połączeniu SLO i jego współtoksyna NADaza promują wewnątrzkomórkowe przeżycie GAS i cytotoksyczność w makrofagach i komórkach nabłonkowych95,96, osłabiają obronę gospodarza w tych typach komórek poprzez fragmentację Golgiego97 i przyczyniają się do patogenezy in vivo98. Pojawienie się i epidemia szczepu paciorkowców powiązano ze zdarzeniem rekombinacji promotora o wysokiej aktywności w locus NADaza – SLO, co skutkuje zwiększoną ekspresją toksyn NADazy i SLO50,52,99,100. Tę przebudowę genomu związaną z rekombinacją często obserwuje się w izolatach beztorebkowych, co sugeruje, że wytwarzanie otoczek może być niepotrzebne w szczepach wykazujących wysoką ekspresję toksyn50,52,100, ale mechanistyczna podstawa tej zależności pozostaje do ustalenia.

Cistanche korzyści dla mężczyzn-wzmocnienie układu odpornościowego

Superantygeny. Superantygeny, powszechnie określane również jako Spes, to silne egzotoksyny, które sieciują region zmienny łańcuchów receptorów komórek T (TCR V) z cząsteczkami MHC klasy II komórek prezentujących antygen (APC) w sposób niespecyficzny dla antygenu, w wyniku czego w szerokiej aktywacji limfocytów T i niekontrolowanej odpowiedzi cytokin101. Superantygeny paciorkowcowe powiązano z szeregiem chorób u ludzi, w szczególności zespołem wstrząsu toksycznego i szkarlatyną101. Do chwili obecnej zidentyfikowano 13 różnych superantygenów w GAS (kodowane przez chromosomy: speG, speJ, speQ, speR i smeZ; kodowane przez profagi: speA, speC, speH, speI, speK–M i ssa) 102. Spośród nich: trzy superantygeny (SpeA, SpeC i SSA) powiązano ze zwiększoną sprawnością i zjadliwością współczesnych szczepów GAS powodujących szkarlatynę i choroby inwazyjne4,61,103. Znaczący postęp nastąpił w dziedzinie biologii superantygenów przy użyciu transgenicznych myszy wykazujących ekspresję cząsteczek MHC klasy II ludzkiego antygenu leukocytowego (HLA) jako modelu infekcji wrażliwego na superantygeny, co pomogło ustalić ważną rolę SpeA i SpeC w ostrym zakażeniu nosogardzieli przez GAS61 ,103,104.

Reakcje gospodarza na infekcję GAS

Jako patogen ograniczony do człowieka, zwierzęce modele chorób GAS mają ograniczoną wierność chorobom ludzkim, co stanowi przeszkodę w mechanistycznych badaniach immunologicznych. Niedawno opracowano metodę CHIM do leczenia zapalenia gardła wywołanego GAS, która zapewnia niezrównaną możliwość zbadania czynników komórkowych i humoralnych wpływających na wczesną odpowiedź immunologiczną człowieka na powierzchowne zakażenie GAS20,105. Analiza surowicy pobranej od ochotników CHIM ujawniła, że ​​wczesna odpowiedź ogólnoustrojowa charakteryzuje się podwyższeniem IFN, IL-6, CXCL10 i IL-1Ra powyżej wartości wyjściowej 105. Było to związane z proporcjonalnym wzrostem IL-1Ra, IL-6, IFN i IP-10 powyżej wartości wyjściowych w ślinie pacjentów, u których rozwinęło się zapalenie gardła, które było mniej wyraźne u pacjentów, którzy pozostali bezobjawowi. Podwyższenie poziomu cytokin prozapalnych było związane ze zwiększoną liczbą monocytów i komórek dendrytycznych oraz ze spadkiem liczby konwencjonalnych limfocytów T CD4+ (pomocniczych komórek T pęcherzykowych, komórek pomocniczych T 17 (komórki TH17), komórek TH1). i B we krwi, jak również zwiększoną ekspresję markerów aktywacji przez komórki δT. Szybka rekrutacja pęcherzykowych komórek pomocniczych T i komórek B do miejsca zakażenia w CHIM jest zgodna z odkryciem, że nawracające zapalenie migdałków jest chorobą o podatności immunologicznej związaną z wadliwymi komórkami pomocniczymi pęcherzyków T i funkcją komórek B. Co najważniejsze, komórki MAIT uległy aktywacji po ekspozycji na GAS, a poziom IL-18, który aktywuje komórki MAIT, był podwyższony w ślinie badanych osób, czego nie wykazano w badaniach z użyciem mysich modeli infekcji nosowo-gardłowej.

Komórki MAIT

Podkreślając potrzebę ostrożnej interpretacji wniosków mechanistycznych uzyskanych z mysich modeli infekcji GAS, komórki MAIT nie były przedmiotem zainteresowania w kontekście chorób GAS. Ponadto początkowo zgłoszono, że mysie komórki MAIT nie są aktywowane przez GAS107, podczas gdy ludzkie komórki MAIT są aktywowane przez GAS poprzez dwa różne mechanizmy10,108,109. Niedawno wykazano, że komórki MAIT są silnie aktywowane u pacjentów ze STSS i zidentyfikowano je jako główne czynniki powiązane z burzą cytokinową w tej chorobie10. Pomimo tego, że komórki MAIT stanowią jedynie 1–10% populacji limfocytów T krwi obwodowej, podczas stymulacji ex vivo komórek jednojądrzastych krwi obwodowej od pacjentów ze STSS za pomocą GAS, komórki MAIT stanowiły odpowiednio 41% limfocytów T wytwarzających IFN i 15% limfocytów T wytwarzających TNF . U niektórych pacjentów komórki MAIT stanowiły prawie 60% komórek T wytwarzających IFN10, a zmniejszenie liczby komórek MAIT w komórkach jednojądrzastych krwi obwodowej przed stymulacją GAS zmniejszyło wytwarzanie IFN, IL-1, IL{{15 }} i TNF, które napędzają immunopatologię podczas burzy cytokin STSS110. Podobnie liczba komórek MAIT jest znacznie podwyższona we krwi pacjentów z aktywną ostrą gorączką reumatyczną (ARF) oraz u osób, które niedawno opuściły szpital z powodu ARF, w porównaniu z osobami zdrowymi111. Ponadto komórki MAIT pochodzące od pacjentów z ARF wykazują wyższą konstytutywną produkcję IFN i TNF w porównaniu z komórkami uzyskanymi od zdrowych osób, co prawdopodobnie przyczynia się do immunopatologii112,113. Obserwacje te są zgodne z wyłaniającym się paradygmatem, który sugeruje, że komórki MAIT odgrywają centralną patologiczną rolę w innych chorobach autoimmunologicznych, w tym w cukrzycy typu 1114, zesztywniającym zapaleniu stawów kręgosłupa115 i chorobach zapalnych jelit116. Podsumowując, odkrycia te wskazują, że komórki MAIT są zaangażowane w patogenezę zapalenia gardła, inwazyjnego GAS i ARF (ryc. 2) i chociaż pozostaje to hipotetyczne, kuszące jest spekulowanie, że terapie, które selektywnie upośledzają aktywność komórek MAIT, mogą mieć szerokie zastosowanie jako metody leczenia w przypadku chorób GAS, zwłaszcza STSS, w przypadku których śmiertelność pozostaje niedopuszczalnie wysoka117. Chociaż immunoterapie ukierunkowane na komórki MAIT nie zostały jeszcze wprowadzone na rynek, trwają prace nad interwencjami przeciwko komórkom MAIT w leczeniu innych chorób zapalnych118. Jednak nasza wiedza na temat biologii komórki MAIT jest wciąż niedojrzała i dokładny udział poszczególnych podtypów komórek MAIT w chorobach GAS będzie wymagał dokładnego wyjaśnienia.

Immunologiczne spojrzenie na patogenezę ARF i RHD

Modele zwierzęce ARF i RHD nie odzwierciedlają wielu kardynalnych cech patofizjologii choroby, co ogranicza ich użyteczność w badaniu immunopatogenezy tych chorób. Jednakże ostatnie badania dostarczyły mechanistycznego wglądu w procesy immunologiczne, które napędzają patogenezę tych chorób, a mianowicie istnienie osi IL-1 –GM–CSF, co może wyjaśniać selektywny transport komórek TH1 do zastawek mitralnych serce119. Komórki te są głównym źródłem GM-CSF u ludzi wśród limfocytów T CD4+120 i są niezależnie zaangażowane w patogenezę zapalenia mięśnia sercowego121,122. Ponadto ligandy dla CXCR3 ułatwiają rekrutację komórek T do zmian w tkankach zastawek związanych z progresją ARF do RHD123. Utrzymywanie się uwalniania IL-1 w jednojądrzastych komórkach krwi obwodowej pacjentów z ARF lub RHD sugeruje, że rozregulowane mechanizmy hamujące ze sprzężeniem zwrotnym mogą być czynnikiem ryzyka wystąpienia obu chorób, oprócz innych chorób GAS, takich jak martwicze zapalenie powięzi w którego patologiczna rola nadmiernej produkcji IL-1 została dobrze ustalona124.

ryc. 2|Przegląd patogennych mechanizmów aktywacji komórek MAIT podczas zakażenia GAS

Epidemiologia i ewolucja gazów

Podstawowy marker epidemiologiczny GAS opiera się na immunodominującym białku M, które w ciągu ostatniego stulecia odegrało kluczową rolę w definiowaniu szczepów GAS. Pierwotnie opracowany jako metoda serologiczna125, schemat typowania M stał się oparty na genach w latach 90. XX w.0 po tym, jak metody molekularne wykazały, że hiperzmienny region N-końcowy genu emm przekazuje serospecyficzność białka M126,127. Globalną epidemiologię GAS na podstawie typu EMM podsumowano w 2009 r., kiedy zgłoszono przewagę dominujących typów GAS EMM w obszarach o wysokich dochodach, w przeciwieństwie do obszarów o niskich dochodach (takich jak w Afryce i na Pacyfiku), gdzie te typy GAS są rzadko obserwowane i ogólnie brak jest dominujących typów GAS-emm w obiegu3. Ostatnio do zdefiniowania powiązań między populacjami GAS w oparciu o zmienność zarówno całkowitej zawartości genów, jak i powiązanej zmienności sekwencji, zastosowano podejście oparte na całym genomie17,128. Korelacja między markerami epidemiologicznymi, takimi jak klastry sekwencji typu emm i całego genomu, różni się w kontekście globalnym, jednak metody oparte na genach, takie jak typowanie mm, okazały się skuteczne w lokalnych, krótkotrwałych badaniach. Ostatnie artykuły przeglądowe dostarczają kompleksowego tła na skrzyżowaniu genomiki i epidemiologii GAS129–131, a tutaj skupiamy się na najnowszych osiągnięciach w biologii populacji GAS. Ciągły postęp wiedzy w tych obszarach zapewnia nowe paradygmaty patogenezy, lepsze ramy śledzenia patogenów, dynamiki przenoszenia i udoskonalania szczepionek, co z kolei zostanie wykorzystane do poprawy kontroli klinicznej i zdrowia publicznego infekcji GAS. Badania genomu populacji wykazały, że ogólny rozmiar genomu GAS jest stosunkowo stabilny i wynosi 1,7–2,0 Mbp i koduje od 1500 do 2000 genów. We wszystkich typach GAS zachowanych jest około 1300 genów „rdzeniowych”, a skumulowana zawartość genów „dodatkowych” lub zmiennych jest około 5 razy większa niż genom podstawowy17,129. Główna narracja na temat genomiki globalnej populacji GAS obraca się wokół tego, że jest to genetycznie zróżnicowany patogen z setkami współewoluujących „skupisów” lub „linii” genomów, przy czym względna liczebność i fluktuacja tych skupień różni się znacznie zarówno pod względem geograficznym, jak i czasowym. Chociaż linie te są genetycznie odrębne, na ich trajektorie ewolucyjne duży wpływ mają zdarzenia rekombinacji homologicznej i niehomologicznej, które odgrywają główną rolę w sukcesie ewolucyjnym globalnych linii GAS. Kontrastującą strukturę populacji GAS w różnych lokalizacjach geograficznych przedstawiono przykładowo na ryc. 3, gdzie naprzemienne szare prostokąty przedstawiają ~300 ewolucyjnych odrębnych linii GAS, jak zdefiniowano wcześniej17, a region geograficzny, w którym zgłoszono tę linię, jest oznaczony kolorami. Linie łączące te dwa aspekty (geografia i linia genomowa) wskazują, że chociaż wiele linii jest rozproszonych po całym świecie, regiony geograficzne Pacyfiku i Afryki zawierają linie GAS, które rzadko obserwuje się w innych lokalizacjach. Kontrastującą strukturę populacji GAS w różnych lokalizacjach geograficznych ilustrują wstępne ustalenia z Gambii132, Kenii133 i odległej Australii17,134, gdzie krążące linie GAS w dużej mierze ewolucyjnie różnią się od tych pochodzących ze środowisk o wysokich dochodach. Jedna z interpretacji tych danych jest taka, że ​​częstość linii GAS różni się na całym świecie, w którym utrzymuje się większa liczba genotypów GAS z regionów geograficznych, w których obciążenie chorobami jest największe. Chociaż siły napędowe utrzymania tych czasowo-przestrzennych różnic w strukturze populacji pozostają niejasne, dynamika ta jest prawdopodobnie złożoną interakcją różnych szlaków przenoszenia, czynników społeczno-ekonomicznych i zdarzeń związanych z selekcją genów patogenu/gospodarza. Epidemiologia genomowa odegrała kluczową rolę w identyfikacji i śledzeniu szczepów GAS w węzłach nadzoru zdrowia publicznego, szczególnie w jurysdykcjach o wysokich dochodach, gdzie sekwencjonowanie genomu dla wybranych patogenów podlegających obowiązkowi zgłoszenia jest scentralizowane i dysponuje odpowiednimi zasobami. To właśnie w tych warunkach zidentyfikowano niedawno wyłoniony klon GAS emm1 (nazwany M1UK), który różnił się od populacji progenitorowej M1 obecnością 27 polimorfizmów pojedynczych nukleotydów w całym genomie rdzeniowym (~1,7 Mbp)4. „Szybkie” rozprzestrzenianie się tego wariantu problemu zaobserwowano w innych węzłach nadzoru o wysokich dochodach135–137, co podkreśla pandemiczny charakter tego klonu. Zdarzenia molekularne prowadzące do selektywnej zamiany klonów GAS obejmują także nabycie ruchomych elementów genetycznych niosących markery oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe i superantygeny paciorkowcowe, zdarzenia rekombinacji homologicznej związane z kluczowymi loci zjadliwości (szczególnie locus NADase-slo) oraz zmiany w sieciach regulacyjnych50,52,129. Chociaż podstawowe czynniki wpływające na ewolucyjną trajektorię populacji GAS nadal nie są rozwiązywane, jasne jest, że ewolucja jest procesem dynamicznym i ciągłym, na który silny wpływ mają czynniki czasowe i przestrzenne, co stanowi wyzwanie dla globalnego nadzoru GAS i projektowania interwencji terapeutycznych. Pomimo tej przeszkody, ostatnio wykorzystano struktury genomiczne populacji do wsparcia globalnego rozwoju szczepionki GAS poprzez identyfikację proponowanych antygenów szczepionkowych GAS, które wykazują wysoki globalny zasięg sekwencji17. Niedawne odkrycia pokazały, jak rozdzielczość, jaką zapewnia sekwencjonowanie całego genomu, może rzucić nowe światło na szlaki przenoszenia, których nie można łatwo zaobserwować przy użyciu tradycyjnych narzędzi epidemiologicznych. Badanie oceniające skupiska ognisk chorób inwazyjnych w kilku węzłach nadzoru w Stanach Zjednoczonych wykazało powiązania między skupiskami przenoszenia, głównie w populacjach znajdujących się w niekorzystnej sytuacji społecznej138. Ważnym rozszerzeniem tego badania była obserwacja, że ​​klastry genomowe zapalenia gardła i chorób inwazyjnych prawdopodobnie mają tę samą sieć przenoszenia. Chociaż udział przenoszenia czynników środowiskowych i zakaźnych jest mniej dobrze scharakteryzowany, niedawne inwazyjne ogniska GAS w podostrych placówkach opieki zdrowotnej140,141 i epidemie szkarlatyny w placówkach nadzoru szkolnego142 sugerują, że przenoszenie za pośrednictwem fomitów, aerozolu i gospodarstw domowych przyczynia się do rozprzestrzeniania się choroby choroby, w wyniku czego powstają klony GAS, które w pewnych warunkach mogą przetrwać i stać się dominujące141. Odkrycia te wskazują, że ogniska choroby GAS zazwyczaj nie mają jednego, punktowego źródła, co podkreśla potrzebę opracowania strategii interwencyjnych mających na celu zmniejszenie obciążenia GAS w głównych miejscach zakażenia (gardło i skóra), oprócz inicjatyw w zakresie profilaktyki pierwotnej mających na celu zwiększenie edukacji zdrowotnej , poprawę praktyk higienicznych i poprawę warunków mieszkaniowych, zwłaszcza w środowiskach znajdujących się w niekorzystnej sytuacji społecznej143.

Wzrost oporności na antybiotyki

Antybiotykoterapia pozostaje istotnym elementem leczenia zarówno nieinwazyjnych, jak i inwazyjnych zakażeń GAS144. Chociaż GAS pozostaje powszechnie wrażliwy na antybiotyki β-laktamowe, mechanizmy powodujące oporność na schematy leczenia wspomagającego pierwszego rzutu i alternatywne schematy leczenia penicyliną (tj. antybiotyki makrolidowe i linkozamidowe) często skutkują nawracającymi infekcjami, niepowodzeniem leczenia i złymi wynikami leczenia pacjenta145-147 (ryc. 4). Ponadto ciągłym problemem pozostaje pojawienie się subklinicznej oporności na beta-laktamy w GAS11–13.

Oporność na makrolidy i linkozamidy

Ribosomal target site modification in GAS (that is, methylation of a single adenine in 23S ribosomal RNA (rRNA)), mediated by erythromycin resistance methylase (Erm) proteins, confers resistance to macrolides, lincosamides, and streptogramin B, subsequently giving rise to the MLSB phenotype. The MLSB phenotype is frequently attributed to the constitutive or inducible expression of ermB, ermTR (an ermA gene subclass), or ermT methylase encoding genes148. The ermB gene is widely carried on transposons Tn6002 and Tn6003, both derived from the insertion of ermB in Tn916-family mobile genetic elements149. The integrative and mobilizable element IMESp2907 is a primary carrier of ermTR150. Further, the plasmid-borne ermT gene — initially discovered in GAS in 2008 (ref. 151) — has become a significant source of macrolide and clindamycin resistance in GAS152. During invasive GAS disease, inducible erm expression has been associated with high rates of clindamycin-treatment failure13,153,154. The mefA (macrolide efflux pump A) gene in GAS, which is frequently associated with prophage phage φ1207.3 (formerly Tn1207.3), confers resistance to 14 and 15 carbon-ring macrolides (that is, erythromycin and azithromycin)155. Globally, rates of erythromycin and clindamycin resistance vary greatly. Between 2011 and 2019, the US Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Active Bacterial Core surveillance program reported an increase from 11.9% to 24.7% and from 8.9% to 23.8% of invasive GAS isolates that were non-susceptible to erythromycin and clindamycin, respectively156, which was largely driven by the expansion of types emm77, emm58, emm11, emm83 and emm92 (ref. 157). Notably, in the United States, both erythromycin and clindamycin resistance have been identified as most frequent among persons experiencing homelessness, incarceration, drug use, and long-term admission to care facilities. In China, GAS surveillance spanning the past three decades suggests that the incidence of both clindamycin and erythromycin non-susceptible ermB expressing GAS has been high since the 1990s (>95% w wybranych regionach geograficznych), zmniejszając użyteczność kliniczną klindamycyny154. Zidentyfikowano element integracyjny i koniugacyjny ICEemm12 jako główny czynnik powodujący oporność na makrolidy w izolatach ogniska szkarlatyny emm12 z tego regionu6. W niedawnym wieloośrodkowym badaniu w Europie Północnej stwierdzono, że oporność zarówno na erytromycynę, jak i klindamycynę waha się od 1% do 2% u pacjentów z martwiczymi zakażeniami tkanek miękkich wywołanymi przez GAS158. Zarówno globalne, jak i krajowe różnice we wskaźnikach oporności na erytromycynę i klindamycynę można często przypisać różnicom w odsetku geograficznym izolatów wykazujących ekspresję mefA w stosunku do izolatów wykazujących ekspresję erm, co powoduje wyższy poziom oporności na klindamycynę154. Klonalna i subklonalna ekspansja wybranych opornych szczepów, jak również czasowa zmienność fenotypów kodowanych przez mefA i erm w obrębie typów EMM krążących w określonych regionach geograficznych, to czynniki wpływające na częstotliwość oporności na makrolidy i linkozamidy w GAS6 ,152,159,160.

ryc. 3|Globalna różnorodność genetyczna GAS.

ryc. 4|Mechanizmy oporności na antybiotyki GAS. A,

Oporność na tetracyklinę

W GAS oporność na tetracyklinę jest nadawana przez geny ochrony rybosomów tetM i tetO oraz geny układu pompy wypływowej tetK lub tetL161. Nabyte w drodze poziomego transferu genów, geny tet są zazwyczaj prezentowane na szerokiej gamie ruchomych elementów genetycznych, często w pobliżu genów erm i mef6. W retrospektywnym badaniu przeprowadzonym w latach 2000–2019 na Tajwanie stwierdzono, że 12,3%, 99,2% i 13,1% GAS opornych na makrolidy ma odpowiednio geny tetO, tetM i tetK162. Sugeruje się również, że wraz z ekspansją klonalną GAS stosowanie antybiotyków z grupy tetracyklin powoduje oporność na makrolidy i odwrotnie1. W związku z tym nabycie czynników determinujących oporność na tetracyklinę wymaga szczególnej uwagi podczas trwających i przyszłych badań epidemiologicznych w ramach nadzoru GAS.

Oporność na fluorochinolony

Chociaż fluorochinolony (FQ) nie są uważane za ukierunkowane leczenie infekcji GAS, fenotypy oporności na FQ na niskim i wysokim poziomie w GAS występują z różną częstotliwością163. Aktualne informacje na dużą skalę na temat światowych wskaźników odporności na GAS FQ są nadal ograniczone. Z dwóch niedawnych niezależnych badań wynika, że ​​wskaźniki braku podatności na FQ w Japonii wahały się od 11,1% (między 2011 r. a 2013 r.) do 14,3% (między 2012 r. a 2018 r.), co przypisuje się głównie rozprzestrzenianiu się emm6 i emm11 GAS164,165. W latach 2011–2016 częstość występowania niewrażliwości na GAS FQ w Szanghaju w Chinach zgłoszono na poziomie 1,3%, przy czym 80% niewrażliwych izolatów na FQ miało determinanty oporności na ermB i tetM. W Szanghaju w Chinach brak wrażliwości na FQ przypisano rozprzestrzenianiu się emm1, emm6, emm11 i emm12 GAS166. Co ciekawe, mutacje topoizomerazy IV ParC-S79A nadające niski poziom oporności na FQ są często powiązane z kompleksem emm6 GAS13. Na całym świecie odnotowano wyjątkowo wysokie wskaźniki spożycia FQ. Jako prawdopodobny czynnik powodujący oporność na FQ w GAS, spożycie antybiotyków FQ w połączeniu z pojawieniem się wielolekoopornych klonów FQ podkreśla potrzebę globalnej poprawy praktyk zarządzania FQ.

Oporność na sulfametoksazol

Połączenie sulfametoksazolu i trimetoprimu (tworząc kotrimoksazol) zostało niedawno zastosowane w leczeniu infekcji skóry wywołanej przez GAS w warunkach endemicznych168. Działając na cykl folianowy GAS, ko-trimoksazol hamuje zarówno syntezę kwasu foliowego de novo, jak i cykl folianowy. Oporność GAS na sulfametoksazol i trimetoprim przypisano mutacji docelowych enzymów, odpowiednio, FolP i Dyr lub nabyciu wariantów Dyr opornych na trimetoprim (DfrF i DrfG)169,170. Co więcej, ostatnie prace wykazały, że gen składnika S transportera czynnika sprzęgającego energię (thfT) umożliwia GAS pozyskiwanie zewnątrzkomórkowych zredukowanych składników kwasu foliowego bezpośrednio od gospodarza, z pominięciem hamowania biosyntezy kwasu foliowego przez sulfametoksazol171. ThtF do działania wymaga metabolitów gospodarza; w związku z tym standardowe badanie minimalnego stężenia hamującego (MIC) jest niewystarczające do wykrywania oporności na sulfametoksazol za pośrednictwem ThtF. Chociaż obecnie jest to rzadkość wśród izolatów GAS na całym świecie, obecnie konieczne jest monitorowanie pojawiania się i rozprzestrzeniania się GAS thfT-dodatniego w celu ustalenia odpowiedniego leczenia pacjenta.

-Wrażliwość na laktamy

przez mutacje w białkach wiążących penicylinę (PBP), miejscu docelowym antybiotyków laktamowych. Chociaż oporność na penicylinę przekraczająca progi kliniczne w GAS nie została jeszcze udokumentowana, ognisko GAS w społeczności w Seattle (Waszyngton, USA) doprowadziło do identyfikacji dwóch powiązanych klinicznych izolatów GAS emm43.4 z ośmiokrotnie zmniejszoną wrażliwością zarówno na ampicylinę, jak i amoksycylinę. Zgodnie z pierwszym krokiem w rozwoju oporności na -laktam, w PBP2x zidentyfikowano mutacje zmiany sensu (podstawienie T553K) (ref. 14). W trzech kolejnych niezależnych badaniach autorzy zbadali sekwencje genomu odpowiednio 7025, 9667 i 13727 izolatów GAS. W pierwszym badaniu zidentyfikowano 137 z 7025 szczepów GAS zawierających niesynonimiczne mutacje w 36 kodonach pbp2x (ref. 11). W drugim badaniu 84 z 9667 szczepów miało zmiany aminokwasowe PBP2x związane z tolerancją na subkliniczne wartości MIC penicyliny12. W trzecim badaniu, w którym oceniano inwazyjne izolaty GAS w Stanach Zjednoczonych w latach 2015–2021, 388 wariantów PBP2x wykazało podwyższone wartości MIC dla -laktamu, przy czym dominującą linią jest emm4/PBP2x-M593T/ermT; opisany wcześniej wariant emm43.3/PBP2x-T553K był obecny w dwóch izolatach i wykazywał najwyższe subkliniczne MIC15 dla ampicyliny. Zgodnie ze wstępnymi ustaleniami, jedynie w drugim badaniu zidentyfikowano obecność podstawienia T553K w PBP2x w emm43.4 GAS, co sugeruje wystąpienie niedawnego zdarzenia selekcji środków przeciwdrobnoustrojowych. Zwiększoną subkliniczną oporność na antybiotyki -laktamowe w wariantach emm43.3/PBP2x-T553K przypisano kilku mutacjom innym niż PBP obecnym w tym niezwykle rzadkim fenotypie15. Chociaż kiedyś uważano, że mutacje powodujące PBP o niskim powinowactwie wiążą się z kosztami przystosowania w GAS172, podstawienie T553K w GAS wyrażającym PBP2x nie miało wpływu na wzrost bakterii in vitro14. Co więcej, izogeniczne zmutowane izolaty GAS z mutacjami PBP2x (P601L), które nadają zmniejszoną wrażliwość na -laktam, nie wykazują zmian w zjadliwości in vivo, ale wykazują zwiększony wzrost in vitro173. Te dotyczące raportów stanowią podstawę czujności wymaganej podczas monitorowania fenotypów oporności na -laktam w GAS.

Opracowanie szczepionki GAS

Dobrze znana jest złożoność opracowania bezpiecznej i skutecznej na całym świecie szczepionki przeciwko GAS18. Pomimo ponad stu lat badań szczepionka GAS nie znalazła komercyjnego zastosowania. Projektowanie i rozwój szczepionki GAS musi uwzględniać kwestie rozległej różnorodności genetycznej, potencjalnych epitopów autoimmunologicznych i wyzwań związanych z wykorzystaniem modeli zwierzęcych do oceny skuteczności ochronnej przeciwko patogenowi przystosowanemu wyłącznie do człowieka, odpowiedzialnemu za różnorodne objawy chorobowe18. Te przeszkody naukowe zostały dodatkowo spotęgowane przez historyczne bariery regulacyjne i komercyjne utrudniające rozwój szczepionki GAS. Niewątpliwie najważniejszą z tych barier był 25-letni zakaz amerykańskiej Federalnej Agencji ds. Leków (FDA) dotyczący podawania ludziom GAS i jego produktów, wydany w odpowiedzi na obawy związane z autoimmunologicznym potencjałem antygenów GAS174. Chociaż orzeczenie zostało uchylone w 2005 r., od tego czasu tylko czterech kandydatów na szczepionki przeszło do wczesnych etapów badań na ludziach (tabela 2).

cistanche tubulosa – poprawiają układ odpornościowy

Kliknij tutaj, aby wyświetlić produkty Cistanche Enhance Immunity

【Zapytaj o więcej】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Aplikacja Whats: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Kandydaci na szczepionki białkowe M

To date, all vaccine candidates in the clinical pipeline target the GAS M protein. M protein vaccines are specifically designed to exclude auto-epitopes and contain either a mixture of hypervariable N-terminal fragments from various clinically relevant M serotypes or conserved epitopes derived from the protein's C-repeat region. The most advanced multivalent N-terminal peptide-based candidate (StreptAnova) was well tolerated and immunogenic among participants in a 2019 phase I clinical trial175. StreptAnova was formulated based on the 30 M serotypes responsible for >90% of pharyngitis and invasive disease cases in North America and Europe176, but vaccine antisera from rabbits cross-opsonize numerous structurally similar non-vaccine serotypes that dominate diverse geographic regions176,177. Although cross-opsonization of non-vaccine serotypes is predicted to increase coverage of the 30-valent vaccine among populations in both Mali (from 37% to 84%)178 and South Africa (from 63% to >90%)179, niedawna analiza wskazuje, że zasięg wśród populacji Australii Północnej, gdzie RHD jest chorobą endemiczną, będzie nadal niewystarczający180. Celowanie w wysoce konserwatywne epitopy w obrębie regionu powtórzeń C białka M ma zatem znaczącą zaletę polegającą na zapewnieniu globalnej ochrony niezależnie od obecnych lub przyszłych trendów epidemiologicznych. Badanie kliniczne I fazy szczepionki MJ8VAX, zawierającej epitop J8 komórek B regionu powtórzeń C, wykazało zwiększone miano przeciwciał swoistych dla J8-u zaszczepionych ochotników po pojedynczym wstrzyknięciu domięśniowym181. Od tego czasu formułę szczepionki MJ8VAX zmieniono na MJ8CombiVax, z dodatkowym zmodyfikowanym epitopem ze SpyCEP, który zapewnia ochronę przed hiperwirulentnymi mutantami covR/S w mysim modelu zakażenia skóry GAS182. Szczepionki StreptInCor i P*17, obie również oparte na regionie powtórzeń C, stymulują odpowiedzi ochronne w mysich modelach prowokacji GAS183,184. W ramach przygotowań do badań fazy I przeprowadzono obszerne profilowanie bezpieczeństwa preparatów MJ8CombiVax i StreptInCor, odpowiednio na modelach szczurów i miniświnek. Nie zaobserwowano dowodów na autoimmunizację lub toksyczność związaną ze szczepionką u żadnego z kandydatów.

Tabela 2|Badania kliniczne kandydatów na szczepionki GAS (po 2004 r.)

Kandydaci na szczepionki białkowe inne niż M

Numerous studies have identified non-M protein antigens that are protective against GAS challenge in animal models. Multicomponent formulations of selected antigens with high gene carriage and low sequence variation within the global GAS population can theoretically offer high vaccine coverage17, and several experimental vaccines employing this strategy are efficacious in animal models. Leading candidates include the GlaxoSmithKline three-component vaccine (SLO, S. pyogenes adhesion and division protein (SpyAD) and SpyCEP)187, Vaxcyte's VAX-A1 (ScpA, SLO, and SpyAD conjugated to GAS cell wall carbohydrate containing only poly rhamnose (SpyAD-GACPR) 188, Combo#5 (arginine deiminase (ADI), trigger factor (TF), SpyCEP, ScpA, and SLO)189,190, 5CP (Sortase A (SrtA), ScpA, SpyAD, SpyCEP, and SLO)191 and Spy7 (ScpA, SpyAD, oligopeptide-binding protein (OppA), pullulanase A (PulA), Spy1228, Spy1037 and Spy0843)192, which when formulated with alum (or CpG oligodeoxynucleotides in the case of the 5CP vaccine) all stimulate protective immune responses in mouse models of GAS infection. Combo#5/alum vaccination also significantly reduces symptoms of pharyngitis and tonsillitis in non-human primates19. Another candidate, TeeVax, targets multiple T antigens of GAS pili using a multivalent approach analogous to the strategy employed for the StreptAnova vaccine. TeeVax/alum induces modest protection in an invasive GAS mouse model and antiserum from vaccinated rabbits reacts to all 21 T antigens included within the vaccine (representing >95% wszystkich znanych serotypów tee), jak również trzy podtypy nieszczepionkowe193.

Perspektywy badań i rozwoju szczepionek GAS

W ostatnich latach kluczowe zainteresowane strony wznowiły wysiłki mające na celu koordynację badań nad szczepionkami GAS i kierowanie nimi. Badania i rozwój szczepionek GAS uznano za priorytet globalnej rezolucji WHO z 2018 r. w sprawie ARF i RHD194 i WHO uznały je za kluczową interwencję przeciwko rosnącym tendencjom w zakresie inwazyjnych zakażeń GAS i nadużywania antybiotyków16. WHO opublikowała obecnie Mapę drogową w zakresie technologii opracowywania szczepionek GAS, zawierającą szczegółowe informacje na temat preferowanych cech produktu i priorytetowych działań badawczych mających na celu uzupełnienie luk naukowych, wsparcie oceny klinicznej i wytyczne w procesie podejmowania decyzji politycznych16. W przeszłości badania i rozwój szczepionek GAS ucierpiały z powodu braku inwestycji finansowych, ale z ostatniej analizy zdrowotno-ekonomicznej wynika, że ​​szczepionka spełniająca preferowane przez WHO cechy produktu pozwoliłaby uniknąć kosztów związanych z GAS każdego roku w wysokości do 1 miliarda dolarów Stany Zjednoczone195. Oczekuje się, że postępy w opracowywaniu i dostarczaniu szczepionek udoskonalą strategie szczepień GAS. Wszystkie kandydatury na szczepionki GAS przetestowane dotychczas w badaniach klinicznych zawierały ałun, co sprzyja odpowiedzi komórek typu TH2 (przeciwciał), chociaż ostatnie badania przedkliniczne z eksperymentalnym adiuwantem CAF® 01 i emulsjami zawierającymi saponinę QS21 wskazują na znaczenie indukowania zarówno odpowiedź komórkowa (komórki TH1), jak i przeciwciała w odporności na GAS184,190. Podawanie szczepionki w postaci plastrów mikromacierzowych oferuje zalety potencjalnego oszczędzania dawki, lepszą immunogenność, dłuższy okres trwałości i łatwość użycia w porównaniu ze szczepieniem domięśniowym. Kandydat na szczepionkę J8-DT został niedawno oceniony pod kątem skuteczności przy użyciu plastrów mikromacierzy o dużej gęstości, co wykazało indukcję komórek TH1/komórek TH2 i lepszą ochronę w porównaniu ze szczepieniem domięśniowym przeciwko zakażeniu skóry GAS u myszy196. Chociaż nie są to doskonałe reprezentacje ludzkiej choroby GAS, stworzono i ujednolicono cenne modele zwierzęce do badania kandydatów na szczepionki GAS, w tym humanizowany model myszy do oceny inwazyjnego zakażenia GAS197, model zakażenia skóry myszy198 oraz model zapalenia gardła GAS u naczelnych innych niż człowiek19 . Co więcej, oczekuje się, że opracowany niedawno przez naukowców z Australii model prowokacji ludzkim GAS ujawni korelaty ochrony immunologicznej i przyspieszy ocenę kliniczną obecnych i przyszłych szczepionek20.

Wnioski i perspektywy na przyszłość

Ogniska GAS w dalszym ciągu pojawiają się na całym świecie, powodując znaczną zapadalność na choroby i wymagające uważnego monitorowania przy ciągłych wysiłkach integrujących zarówno laboratoria badawcze, jak i laboratoria zdrowia publicznego, kluczowe dla określenia ewolucyjnych trajektorii patogennych populacji GAS. Chociaż epidemiologia infekcji GAS w niektórych krajach rozwiniętych uległa istotnym zmianom w ciągu ostatniego stulecia zgodnie ze zmieniającymi się czynnikami społeczno-ekonomicznymi, skoordynowane wysiłki na rzecz budowania zdolności i węzłów nadzoru w miejscach o niskich zasobach są niezbędne zarówno do zdefiniowania łańcuchów przesyłowych GAS, jak i zapewnienia ram dla ocenić wpływ przyszłych środków zapobiegawczych. Chociaż istnieje znaczna ilość prac opisujących mechanizmy wirulencji GAS, dokumentuje się nowe interakcje gospodarz-patogen, takie jak rozszczepienie mechanizmu prozapalnego GSDMA przez proteazę cysteinową GAS SpeB, wywołując piroptozę. Bezpośrednie badanie ludzi zakażonych GAS dostarczyło nowych perspektyw, takich jak rola komórek MAIT u pacjentów ze STSS. Dalsze prace z wykorzystaniem materiału pochodzącego od pacjentów są wyraźnie uzasadnione i dostarczą cennych informacji na temat rozwoju przyszłych metod terapeutycznych i profilaktycznych. Poważne obawy budzi identyfikacja mutacji PBP2x pierwszego stopnia w GAS, które doprowadziły do ​​niewrażliwości na penicylinę u innych gatunków paciorkowców. Opracowanie bezpiecznej i skutecznej szczepionki GAS w celu zmniejszenia obciążenia chorobami GAS jest obecnie wyraźnie uznawane za priorytet przez WHO, twórców szczepionek i inne kluczowe zainteresowane strony. Komercjalizacja, dystrybucja i powszechne przyjęcie takiej szczepionki w dużym stopniu przyczyniłyby się do zmniejszenia obciążenia chorobami zakaźnymi GAS, których suma jest główną przyczyną zgonów z powodu chorób zakaźnych na całym świecie.

Bibliografia

1. Walker, MJ i in. Objawy chorobowe i mechanizmy chorobotwórcze Streptococcus grupy A. Clin. Mikrobiol. Obj. 27, 264–301 (2014).

2. McMillan, DJ i in. Zaktualizowany model białek Streptococcus M grupy A oparty na kompleksowych badaniach światowych. Clin. Mikrobiol. Infekować. 19, E222–E229 (2013).

3. Steer, AC, Law, I., Matatolu, L., Beall, BW & Carapetis, JR Globalna dystrybucja typu emm paciorkowców grupy A: przegląd systematyczny i implikacje dla rozwoju szczepionek. Zarażanie Lancetem. Dis. 9, 611–616 (2009).

4. Lynskey, NN i in. Pojawienie się dominującego toksycznego klonu Streptococcus pyogenes M1T1 podczas zwiększonej aktywności szkarlatyny w Anglii: molekularne badanie epidemiologiczne populacyjne. Zarażanie Lancetem. Dis. 19, 1209–1218 (2019). W artykule opisano dominującą nową linię emm1 GAS (M1UK), która charakteryzuje się zwiększoną produkcją SpeA, co może przyczyniać się do wzrostu zachorowań na szkarlatynę i inwazyjne infekcje w Anglii.

5. Tse, H. i in. Charakterystyka molekularna wybuchu szkarlatyny w Hongkongu w 2011 r. J. Zarażać. Dis. 206, 341–351 (2012).

6. Davies, MR i in. Pojawienie się klonów szkarlatyny Streptococcus pyogenes emm12 w Hongkongu jest związane z nabywaniem toksyn i opornością wielolekową. Nat. Geneta. 47, 84–87 (2015).

7. Turner, CE i in. Wzrost szkarlatyny w Anglii i analiza molekularno-genetyczna w północno-zachodnim Londynie, 2014. Emerg. Infekować. Dis. 22, 1075–1078 (2016).

8. Deng, W. i in. Paciorkowcowa pirogenna egzotoksyna B rozszczepia GSDMA i wywołuje piroptozę. Natura 602, 496–502 (2022). W artykule tym wykazano, że SpeB wyzwala piroptozę keratynocytów poprzez rozszczepienie GSDMA, zapewniając mechanizm stymulacji odpowiedzi zapalnej w warstwie komórek nabłonkowych.

9. LaRock, DL i in. Streptococcus grupy A indukuje piroptozę zależną od GSDMA w keratynocytach. Natura 605, 527–531 (2022). W artykule tym przedstawiono rolę SpeB w niezależnej od kaspazy aktywacji GSDMA w komórkach skóry.

10. Emgård, J. i in. Komórki MAIT odgrywają główną rolę w odpowiedzi cytokinowej w paciorkowcowym zespole wstrząsu toksycznego grupy A. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 116, 25923–25931 (2019).

11. Musser, JM i in. Zmniejszona wrażliwość in vitro Streptococcus pyogenes na antybiotyki -laktamowe związana z mutacjami w genie pbp2x jest szeroko rozpowszechniona geograficznie. J. Clin. Mikrobiol. 58, e01993-19 (2020).

12. Hayes, A., Lacey, JA, Morris, JM, Davies, MR i Tong, SYC Ograniczona zmienność sekwencji w białkach wiążących penicylinę Streptococcus pyogenes. mSphere 5, e00090-20 (2020). 13. Chochua, S. i in. Charakterystyka populacji i całego genomu inwazyjnych paciorkowców grupy A odnalezionych w Stanach Zjednoczonych w 2015 r. mBio 8, e01422-17 (2017). Niniejsza praca przedstawia szczegółową, populacyjną charakterystykę genomiczną na dużą skalę inwazyjnych izolatów GAS w Stanach Zjednoczonych.

14. Vannice, KS i in. Mutacja pbp2x Streptococcus pyogenes powoduje zmniejszoną wrażliwość na antybiotyki -laktamowe. Clin. Infekować. Dis. 71, 201–204 (2020).

15. Chochua, S. i in. Inwazyjne warianty białka wiążącego penicylinę paciorkowców grupy A związane ze zmniejszoną wrażliwością na antybiotyki -laktamowe w Stanach Zjednoczonych, 2015–2021. Przeciwdrobnoustrojowy. Agenci Chemother. 66, e0080222 (2022).

16. Vekemans, GR i Kim Droga do szczepionek Streptococcus grupy A: plan rozwoju technologii WHO w zakresie badań i rozwoju oraz preferowane cechy produktu. Clin. Infekować. Dis. 69, 877–883 (2019).

17. Davies, MR i in. Atlas kandydatów na szczepionki przeciwko paciorkowcom grupy A opracowany przy użyciu wielkoskalowej genomiki porównawczej. Nat. Geneta. 51, 1035–1043 (2019). W tym badaniu wykorzystano globalne zbiory danych genomowych GAS do opracowania platformy

18. Projektowanie szczepionek oparte na genomice. Dale, JB i Walker, MJ Aktualne informacje na temat rozwoju szczepionki przeciwko paciorkowcom grupy A. Aktualny Opinia. Infekować. Dis. 33, 244–250 (2020).

19. Rivera-Hernandez, T. i in. Eksperymentalna szczepionka Streptococcus grupy A, która zmniejsza zapalenie gardła i zapalenie migdałków w modelu naczelnych innych niż człowiek. mBio 10, e00693-19 (2019).

20. Osowicki, J. i in. Kontrolowany model zakażenia ludzkiego zapalenia gardła Streptococcus pyogenes (CHIVAS-M75): badanie obserwacyjne w celu ustalenia dawki. Lancet Microbe 2, e291–e299 (2021). W tym przełomowym artykule opisano pierwszy model zapalenia gardła z kontrolowaną infekcją GAS u ludzi.

21. Hand, RM, Snelling, TL & Carapetis, JR Group A Streptococcus. w Hunter's Tropical Medicine and Emerging Infectious Diseases (red. Ryan, ET, Hill, DR, Solomon, T., Aronson, NE i Endy, TP) 429–438 (Elsevier, 2020).

22. Miller, KM i in. Globalne obciążenie bólem gardła i zapaleniem gardła Streptococcus grupy A: przegląd systematyczny i metaanaliza. EClinicalMedicine 48, 101458 (2022).

23. Cannon, JW i in. Obciążenia ekonomiczne i zdrowotne chorobami wywołanymi przez Streptococcus grupy A w Nowej Zelandii. Wewnętrzne J. Zarażać. Dis. 103, 176–181 (2021).

24. Ordunez, P. i in. Obciążenie reumatycznymi chorobami serca, trendy i nierówności w obu Amerykach, 1990–2017: badanie populacyjne. Lancet Glob. Zdrowie 7, e1388 – e1397 (2019).

25. Lv, M. i in. Globalne obciążenie reumatyczną chorobą serca i jego związek ze stanem rozwoju społeczno-gospodarczego w latach 1990–2019. EUR. J. Poprzednia Kardiol. 29, 1425–1434 (2022).

26. de Loizaga, SR i in. Reumatyczna choroba serca w Stanach Zjednoczonych: zapomniana, ale nie zniknęła: wyniki 10-letniego wieloośrodkowego przeglądu. J. Am. Serce doc. 10, e020992 (2021).

27. Oliver, J. i in. Zakażenia skóry i gardła poprzedniej grupy Streptococcus są indywidualnie powiązane z ostrą gorączką reumatyczną: dowody z Nowej Zelandii. BMJ Glob. Zdrowie 6, e007038 (2021).

28. Barth, DD i in. Protokół badania brakującego elementu: prospektywny nadzór w celu ustalenia epidemiologii paciorkowcowego zapalenia gardła i liszajec grupy A w odległej Australii Zachodniej. BMJ Open 12, e057296 (2022).

29. Park, DW i in. Częstość występowania i charakterystyka szkarlatyny, Korea Południowa, 2008–2015. Pojawienie się. Infekować. Dis. 23, 658–661 (2017).

30. Yung, CF i Thoon, KC 12-Roczna epidemia szkarlatyny w Singapurze. Zarażanie Lancetem. Dis. 18, 942 (2018).

31. Lamagni, T. i in. Odrodzenie się szkarlatyny w Anglii, 2014–2016: badanie obserwacyjne populacyjne. Zarażanie Lancetem. Dis. 18, 180–187 (2018).

32. Cubria, MB, Delgado, J., Shah, BJ, Sanson, MA i Flores, AR Identyfikacja epidemicznej szkarlatyny szczepów Streptococcus grupy A w populacji pediatrycznej Houston, Teksas, USA. Dostęp. Mikrobiol. 3, 000274 (2021).

33. Walker, MJ i in. Wykrywanie epidemii szkarlatyny Streptococcus grupy A w Australii. Clin. Infekować. Dis. 69, 1232–1234 (2019).

34. Watts, V. i in. Zwiększone ryzyko inwazyjnej choroby Streptococcus grupy A w przypadku szkarlatyny w kontaktach domowych, Anglia, 2011–2016. Pojawienie się. Infekować. Dis. 25, 529–537 (2019).

35. Ron, M. i in. Inwazyjny, wielolekooporny emm93.0 Szczep Streptococcus pyogenes będący siedliskiem nowej wyspy genomowej, Izrael, 2017–2019. Pojawienie się. Infekować. Dis. 28, 118–126 (2022).

36. Tyrrell, GJ, Bell, C., Bill, L. i Fathima, S. Zwiększanie częstości występowania inwazyjnej choroby Streptococcus grupy A w populacji pierwszych narodów, Alberta, Kanada, 2003–2017. Pojawienie się. Infekować. Dis. 27, 443–451 (2021).

37. Valenciano, SJ i in. Inwazyjne zakażenia paciorkowcami grupy A wśród osób przyjmujących narkotyki drogą iniekcji i osób doświadczających bezdomności w Stanach Zjednoczonych, 2010–2017. Clin. Infekować. Dis. 73, e3718–e3726 (2021).

38. Phillips, GN Jr, Flicker, PF, Cohen, C., Manjula, BN i Fischetti, VA Streptococcal M białko: -helikalna struktura i układ zwiniętej cewki na powierzchni komórki. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 78, 4689–4693 (1981).

39. Li, Z. i in. Szereg podtypów genu białka M w 1064 ostatnich inwazyjnych izolatach Streptococcus grupy A odzyskanych z aktywnego nadzoru rdzenia bakteryjnego. J. Zarażać. Dis. 188, 1587–1592 (2003).

40. Valderrama, JA i in. Białko M paciorkowców grupy A aktywuje inflamasom NLRP3. Nat. Mikrobiol. 2, 1425–1434 (2017). Ten kompleksowy raport pokazuje, że białko M1 wyzwala zależną od kaspazy 1-aktywację inflamasomu NLRP3, prowadzącą do piroptotycznej śmierci komórek makrofagów.

41. Richter, J. i in. Streptolizyny są głównymi aktywatorami inflamasomów w makrofagach podczas zakażenia Streptococcus pyogenes. Immunol. Biol Komórkowy. 99, 1040–1052 (2021).

42. Okada, N., Liszewski, MK, Atkinson, JP i Caparon, M. Białko kofaktora błony (CD46) jest receptorem keratynocytów dla białka M Streptococcus grupy A. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 92, 2489–2493 (1995).