Role Helicobacter pylori coccoid forms in infection and recrudescence / Gastroenterología y Hepatología (anglické vydání)

Úvod

Helicobacter pylori (H. pylori) je gramnegativní mikroaerofilní bakterie, jejíž přirozeným stanovištěm je žaludek. Ačkoli má obvykle bacilární formu s několika bičíky na jednom konci, přijímá kokkoidní vzhled v nepříznivých podmínkách prostředí.1,2

h. pylori je hlavním etiologickým faktorem aktivní chronické gastritidy, peptického vředu, lymfomu lymfoidní tkáně (MALT) spojeného se žaludeční sliznicí a karcinomu žaludku. Ačkoli se odhaduje, že bakterie je přítomna v žaludeční sliznici poloviny světové populace, tato onemocnění se vyvíjejí pouze u přibližně 15-20% kolonizovaných jedinců.2,3

nejběžnější léčebné režimy vedly v mnoha zeměpisných oblastech k eradikaci přibližně 85%, 4-6, ale účinnost byla ohrožena, zejména v posledních letech, rychlým vznikem kmenů rezistentních na antibiotika a špatnou přilnavostí k léčbě.5,7

je důležité si uvědomit, že léčba (stejně jako prevence komplikací) aktivní chronické gastritidy a peptického vředu a některých nízkokvalitních forem žaludečního malt lymfomu závisí na úspěchu eradikace H.pylori. Kromě toho by zajištění a udržení úspěšné eradikace tohoto mikroorganismu ve všech jeho biologických formách zabránilo opětovnému výskytu infekce,a tedy relapsům onemocnění.

cílem tohoto přehledu je představit obecný přehled kokkoidní formy H. pylori, zdůrazňující jeho mikrobiologický profil, citlivost na antibiotika a virulenci. Bude také analyzováno jeho zapojení do žaludečního onemocnění a bude zkoumáno, do jaké míry je spojeno s recidivou infekce a relapsem onemocnění.

přežití a buněčná adaptace h. pylorigenerální úvahy

všechny živé organismy jsou vybaveny mechanismy, které jim umožňují přežít v nepříznivém prostředí. Pro některé jejich reakce znamená (kromě metabolických adaptací) změny morfologie buněk.8,9 několik mikroorganismů má schopnost diferencovat se do životaschopného, ale nekulturního stavu (VBNC) v reakci na podmínky prostředí, které jsou nepříznivé pro přežití a růst. Tato strategie je široce používána mikroorganismy, jako jsou Salmonella, Campylobacter a Escherichia.10,11

ve stavu vbnc bakterie obecně snižují svou velikost a mění tvar, aby se staly malými sférickými tělesy. Snižují rychlost dýchání a transport živin a mění expresi genů a molekulární syntézu. V tomto stavu je nelze detekovat pomocí konvenčních kultivačních technik. Změny podmínek prostředí však mohou vést tyto mikroorganismy k „oživení“ (a přeměně na jejich aktivní stav) nebo degenerování.10-13

Podobně, H. pylori, když zažívá škodlivé podmínky prostředí (ve svém přirozeném prostředí nebo mimo něj), mění svou klasickou bacilární formu a vstupuje do stavu VBNC, který vede k morfologickým a metabolickým změnám a změnám růstového chování.14,15

životaschopný, ale nekulturovatelný stav H. pylori

ačkoli někteří autoři se zpočátku snažili prokázat, že přeměna z bacilární na kokkoidní formu byla pasivním procesem, který vedl k buněčné smrti, a proto,že kokkoidní formy byly degenerované zbytky mrtvých bakterií, 16, 17 tři formy h. pylori jsou v současné době považovány za existující, jmenovitě (v pořadí od nejvíce po nejméně virulentní), životaschopnou, kultivovatelnou bacilární formu, kokkoidní formu VBNC a neživotaschopnou degenerativní formu.18-20

morfologicky dochází k přeměně z bacilární na kokoidní formu prostřednictvím intermediárních forem V a U13,14 (obr. 1 a 2), ve kterých buněčné struktury, jako je cytoplazma a buněčná membrána, zůstávají neporušené, 15, 21, zatímco bičíky mají tendenci se ovíjet kolem kokkoidní buněčné struktury, čímž se stávají téměř neviditelnými. Další ultrastrukturální modifikace kokkoidní formy mají za následek dva podtypy. Typ a má nepravidelné hrany s drsným povrchem a je považován za mrtvou buňku, zatímco typ B má hladší povrch, je menší a je považován za živou buňku.21,22

v rastrovacím elektronovém mikroskopu (SEM) analýzy povrchové slizniční gelové vrstvy pacientů s rakovinou žaludku infikovaných H. pylori, Ogata et al.23 pozoroval koexistenci bacilárních i kokoidních forem. Jiní autoři potvrdili přítomnost kokkoidní formy jak v lidském žaludku,tak v dvanáctníku, 24-26, i když se zdá, že procento kokkoidních forem je vyšší v dvanáctníku než v žaludku, až do bodu, kdy je u některých duodenálních biopsií pozorována pouze kokkoidní forma.26,27 tato skutečnost naznačuje, že H. pylori je nucen přizpůsobit se biologickým podmínkám v dvanáctníku nebo že tyto podmínky jsou ideální pro H. pylori, aby se tam uchýlil ve stavu VBNC.

in vitro a in vivo experimenty ukázaly, že za nepříznivých podmínek,jako je aerobióza,28,29 alkalické pH,29,30 vysoká teplota,31 zdlouhavá inkubační doba,29,32 prodloužená inkubace ve vodě33 nebo léčba inhibitory protonové pumpy32 nebo antibiotika, 34 kokkoidní fenotyp může udržovat určitou úroveň metabolické aktivity,protože exprimuje širokou škálu genů přítomných v bacilární formě,35 udržuje detekovatelné hladiny aktivity ureázy, 36 pokračuje v syntéze proteinů, i když v menších množstvích (méně než 1% z nich). množství proteinů syntetizovaných bacilární forma) 37 a produkuje malé množství DNA, udržované i po 3 měsících skladování ve fyziologickém fyziologickém roztoku při 4°C. 29, 38 všechny tyto údaje zdůrazňují skutečnost, že biologické změny v H.pylori v reakci na škodlivé podněty odrážejí jeho silnou schopnost během své životnosti zachovat druh.

tvorba biofilmu

stejně jako u jiných bakterií je schopnost H. pylori přetrvávat jako infekční entita a odolávat arzenálu antimikrobiálních látek zaměřených na její eradikaci způsobena genetickou variabilitou, která jí umožňuje vyvinout bakteriální rezistenci. Jeho strategie přežití je dále posílena, když bakteriální buňky tvoří takzvané biofilmy.20 biofilmů je druh mikrobiální „komunity“, ve které bakterie pevně přilnou k biotickým nebo abiotickým povrchům pomocí vlastní matrice. Tato matrice, složená z extracelulárních polymerních látek, 39, 40 vytváří prostředí, které je velmi tolerantní vůči antimikrobiálním látkám a silně odolné vůči fagocytóze. Proto se vyhýbají různým obranným mechanismům hostitele, což ztěžuje vymýcení. Biofilmy jsou považovány za skutečně složité, dynamické systémy, které usnadňují horizontální přenos genů mezi bakteriemi. Propůjčují tak bakteriální populace novým modifikovaným genomům, které významně přispívají k bakteriální rezistenci, variabilitě kmenů a adaptabilitě.41-43

ve studii 21 biopsií od pacientů, u kterých byla bakterie dříve eradikována, byl H. pylori izolován kulturou v 7 biopsiích, zatímco techniky genové exprese detekovaly životaschopné buňky H. pylori ve většině biopsií. SEM mezitím ukázal seskupené kokoidní bakterie uspořádané v mikrobiálním biofilmu, což naznačuje, že kokkoidní formy by mohly usnadnit bakteriální perzistenci a rezistenci na antibiotika.44

citlivost na antibiotika kokkoidní formy

mnoho studií ukázalo, že H. pylori se může změnit z bacilární na kokkoidní formu při expozici (in vitro) různým antimikrobiálním látkám. Různé koncentrace amoxicilinu, klarithromycinu, metronidazolu a erythromycinu (zmínit jen několik dostupných antibiotik) mohou vyvolat tuto morfologickou transformaci.34,35,45 největší indukční účinek byl pozorován u amoxicilinu, 27, 34, 46, o kterém je známo, že je vysoce účinný in vitro proti H. pylori; morfologická pozorování kultur však ukazují, že počet bacilárních forem klesá ve prospěch kokkoidních forem.34,46 Faghri et al., 47 dosáhl baktericidních účinků pro kokkoidní formy, při více než 60% s metronidazolem při dvojnásobku minimální inhibiční koncentrace (MIC) a při 80-90% s klarithromycinem při MIC; léčba amoxicilinem MIC a MIC× 2 však neinhibovala životaschopné formy kokcoidů. Podobně, Berry et al.34 pozoroval, že zatímco amoxicilin při MIC× 10 eliminoval bacilární formy H. pylori, indukoval také tvorbu kokkoidních forem. Perkins a kol.48 ve studii koček infikovaných přirozeně H. pylori bylo zjištěno, že 6 týdnů po eradikační léčbě byly žaludeční šťávy pozitivní na H.pylori pouze u jedné kočky, přesto analýza polymerázové řetězové reakce (PCR) identifikovala genetický materiál H. pylori u všech koček ve studii. I když h. pylori byl detekován u jedné kočky, histologické léze byly konzistentní s chronickou gastritidou a byly označeny přítomností lymfoidních folikulů.

vzhledem k těmto mikrobiologickým a základním výzkumným údajům byla v předchozí studii provedené u pacientů infikovaných H. pylori—kde byla dříve stanovena citlivost izolovaných kmenů na amoxicilin—duální terapie (inhibitory protonové pumpy a amoxicilin) dosažena míra vyléčení kmenů citlivých na amoxicilin pouze 66%. Tento výsledek demonstruje přítomnost důležitých dalších nezávislých faktorů bakteriální rezistence souvisejících s úspěšným použitím tohoto antibiotika.49 je tomu tak zejména, pokud se domníváme, že se zdá nemožné, aby kokkoidní formy mohly být citlivé na β-laktamová antibiotika, protože kokkoidní formy mají odlišné proteinové profily vázající penicilin od bacilárních forem.50 je proto pravděpodobné, že ne všechny organismy H. pylori jsou po eradikační léčbě zcela eliminovány; některé jsou pravděpodobně přeměněny na kokkoidní formy, a tak se stanou rezistentními vůči antibakteriálním lékům. To by vysvětlovalo selhání léčby a rekrudescenci.13,34,45

je třeba zdůraznit, že některé velmi nedávné studie prokázaly, že volné mastné kyseliny, jako je kyselina linolenová a kyselina lipozomální linolenová, mají baktericidní účinek na obě formy H.pylori, bez ohledu na jejich odolnost vůči antibiotikům.51,52 tyto molekuly by proto mohly mít potenciálně účinný antimikrobiální účinek při léčbě infekce H. pylori, zejména ve své kokkoidní formě.

Virulence a patogenita kokkoidní formy

faktory virulence pro bacilární formu h. pylori a mechanismy, kterými se tato bakterie podílí na vývoji gastrointestinálních onemocnění, byly rozsáhle studovány.1,3,4 o virulenci a patogenitě kokkoidní formy je však známo jen málo. Níže uvádíme nejdůležitější zjištění k tomuto tématu.

stejně jako bacilární forma, kokkoidní forma exprimuje hlavní virulenční geny, jako je močovina, ureB, hpaA, vacA a cagA, klec a BabA.35,53,54 tento výraz, který se vyskytuje po dlouhou dobu, pravděpodobně hraje důležitou roli při chronických těžkých žaludečních poruchách.

Adherence h. pylori do gastroduodenálního epitelu je známo, že je důležitým krokem při indukci aktivního chronického zánětu slizniční vrstvy. Studie SEM zjistily, že kokkoidní forma H. pylori se může vyskytovat na povrchu plazmatické membrány žaludečních epiteliálních buněk a stejně jako bacilární forma má schopnost napadnout tyto buňky.15,55 pokud dojde k invazi buněk, kokkoidní formy jsou uzavřeny ve dvouvrstvých membránových vezikulech a žaludeční epiteliální buňky vypadají oteklé a lytické, což vykazuje erozi slizniční vrstvy.56 vzhledem k tomu, že kokkoidní forma je méně citlivá na antibiotika, předpokládá se, že tyto latentní plazmatické membránové formy se mohou šířit a infikovat další sousední epiteliální buňky v nepřítomnosti účinné koncentrace antibiotik.57

je také známo, že infekce H. pylori vyvolává lokální imunitní odpověď, která nedokáže eradikovat bakterie, což umožňuje, aby se žaludeční onemocnění stalo chronickým. Imunitní odpověď může být stanovena detekcí protilátek pomocí sérologických metod vyvinutých za použití bacilární formy H. pylori.58 ve skutečnosti může být přítomnost těchto specifických protilátek použita jako epidemiologický indikátor infekce a pro potvrzení úspěšnosti léčby. Neexistují však žádné sérologické metody, které by detekovaly kokkoidní formy. Aby bylo možné určit, zda kokkoidní formy měly nějaký vliv na imunitní odpověď u kolonizovaných jedinců, Figueroa et al.59 navrhl specifickou enzymově vázanou imunosorbentní metodu (ELISA) k vyhodnocení a porovnání imunitní odpovědi na kokkoidní a bacilární formy proti panelu sér od symptomatických a asymptomatických infikovaných jedinců. Kokkoidní formy h. bylo prokázáno, že pylori indukuje humorální imunitní odpověď podobnou odpovědi vyvolané bacilárními formami u infikovaných jedinců. V jiné studii provedené u dětí s epigastrickou bolestí byla zkoumána možná role kokkoidní formy u infekce H. pylori pomocí techniky ELISA a antigenů připravených z forem bacilárních a kokoidních buněk. Bylo zjištěno, že 13,3% a 55,8% buněk bylo séropozitivních pro antigeny bacilární formy a kokoidní formy, zatímco hodnoty séropozitivity pro astmatické děti byly pouze 7,0% a 26,5%. Tento zhruba čtyřnásobný rozdíl séropozitivity mezi antigeny kokkoidní a bacilární formy u symptomatických a asymptomatických pacientů by mohl naznačovat možnou infekční roli kokkoidní formy H. pylori.60

Cellini et al.61 intragastricky naočkované koncentrované suspenze H. pylori v kokkoidní formě v myším modelu BALB / c. H. pylori byl izolován o 2 týdny později, histopatologické změny nastaly o 1 měsíc později a všechny kolonizované myši vykazovaly systémovou protilátkovou odpověď na H. pylori. V jiných experimentech s myší BALB / c se u zvířat naočkovaných kokkoidními formami vyvinuly významné patologické změny v žaludku, včetně erozivních lézí a zánětlivé buněčné infiltrace žaludeční sliznice.36 ona et al., 53 za účelem porovnání virulence a infekčnosti, intragastricky Inokulované myši BALB / c S H. pylori, jedna skupina s bacilární formou a druhá skupina s kokkoidní formou. Při sem vyšetření vzorků ze 2 skupin pozorovali přilnavost jak bacilárních, tak kokoidních forem k epiteliálním buňkám žaludeční stěny a přítomnost bičíků v kokkoidních formách. Histologické vyšetření ukázalo různé stupně lézí v žaludeční sliznici, od mírné infiltrace zánětlivých buněk po eroze a vředy. Slizniční léze byla mírnější u myší infikovaných kokkoidní formou, zatímco pozitivní výsledek nebyl dosažen v kontrolní skupině, která dostávala sterilní vodu.53 Rabelo-Gonçalves et al.62 ukázalo, že kokkoidní formy h. pylori vyvolala akutní zánětlivou odpověď v žaludku myší od nejranějších stadií infekce. Výše uvedené výsledky zdůrazňují schopnost kokkoidních forem kolonizovat a infikovat žaludeční sliznici in vivo.

několik studií odhalilo přítomnost kokkoidní formy ve vodě.33,63 jedna taková studie—naší skupinou-porovnávala 2 skupiny odstavených myší Wistar, jedna podávala vodu ze studny a vodu z vodovodu po delší dobu a druhá podávala sterilní destilovanou vodu, přičemž zjistila, že u myší studované skupiny se vyvinul chronický zánětlivý proces s tvorbou lymfocytárních plaků a přítomností bacilů v souladu s H. pylori.64

jak již bylo zmíněno, bylo by logické předpokládat, že za nepříznivých podmínek h. pylori vstupuje do „klidového“ stavu, modifikuje svou klasickou bacilární formu na kokkoidní formu, aniž by vyvolala degenerativní změny v genomu a zachovala si schopnost vrátit se k bacilární formě, jakmile se zlepší podmínky prostředí nebo přirozeného prostředí.

účast kokkoidní formy na rekrudescenci

recidiva H. pylori po úspěšné eradikaci je vzácná ve vyspělých zemích ve srovnání s rozvojovými zeměmi, s ročním výskytem recidivy 2,67% a 13%.65,66

existují dva typy recidivy infekce H. pylori: recrudescence, když je bakteriální kmen zodpovědný za recidivu geneticky identický s kmenem izolovaným před eradikací; a reinfekce, pokud je recidiva způsobena jiným kmenem.67 diferenciace recrudescence od reinfekce vyžaduje PCR nebo genetickou polymorfní analýzu k identifikaci bakteriálních kmenů.67,68 vzhledem k tomu, že tyto metody nejsou běžně používány, je často nemožné rozlišovat mezi recrudescencí a reinfekcí v rutinní klinické praxi.

h. recidiva pylori je klinicky relevantní, protože relaps peptického vředu může být pozorován u značné části infikovaných pacientů, zatímco znovuobjevení mikroorganismů by mohlo vysvětlit některé recidivy malt lymfomu po léčbě.Předpokládá se, že 69 faktorů, jako je pitná voda z vodovodu, onemocnění zubů a dásní, recidivující tonzilitida, hospitalizace, zubní a lékařské vybavení a kontakt s členy rodiny, ovlivňuje recidivu H.pylori.70-72 dalšími faktory spojenými s recidivou infekce jsou mladší věk, diabetes u mladých pacientů, nízký roční příjem a Dlouhodobá inhibice žaludeční kyseliny po eradikaci.73-76

Rekrudescence je považována za nejpravděpodobnější důvod recidivy v prvním roce po eradikaci, zatímco reinfekce může nastat po delším období.68,77 mnoho případů recidivy ve vyspělých zemích je ve skutečnosti způsobeno opětovným výskytem. Reinfekce je častější v rozvojových zemích, protože lidé jsou zjevně neustále vystaveni H. pylori.65,78

za použití technik elektroforézy polyakrylamidového gelového proteinu, Costas et al.79 bylo zjištěno, že pacienti s recidivou 4 týdny po eradikační léčbě nebyli ve skutečnosti infikováni jiným kmenem H. pylori; spíše kmen, který způsobil původní infekci, nebyl léčbou zcela eradikován, což vedlo k opětovnému výskytu infekce. Proto je důležité vzít v úvahu účinnost terapeutického režimu: h. recidiva pylori je častá u pacientů léčených terapiemi s nízkou účinností, ale je vzácná, pokud se používají terapie s vysokou účinností. To bylo prokázáno studií o výskytu recidivy H. pylori ve Španělsku gisbertem et al., 80 who zjistila, že recidiva H. pylori 6 měsíců po eradikaci byla 8, 2% u pacientů léčených terapiemi s nízkou účinností, ale pouze 1, 7% u pacientů léčených terapiemi s vysokou účinností.

ve studii provedené v Koreji v letech 2007 až 2010 h. míra recidivy pylori byla analyzována po 6 měsících úspěšných eradikačních terapií první a druhé linie, s ročním sledováním—do konce období studie-na základě dechových testů, biopsie žaludku a rychlých testů ureázy.81 bylo zjištěno, že roční míra recidivy v rámci a po 2letém sledování byla 9, 3% a 2, 0% po terapii první linie a 4, 5% a 2, 9% po terapii druhé linie. Autoři dospěli k závěru, že roční h. výskyt recidivy pylori u pacientů, kteří dostávali eradikační léčbu, vykázal prudký pokles po 2letém období sledování. To bylo považováno za dostatečný čas po léčbě k potvrzení eradikace a také za dostatečný čas k tomu, aby bylo možné rozlišit mezi recidivou a rekurencí kmenů H. pylori.81

závěrečné úvahy a závěry

vzhledem ke schopnosti h. pylori pro vstup do stavu VBNC, je-li vystaven nepříznivým podmínkám v jeho stanovišti nebo mimo něj, je rozumné předpokládat, že antibiotické léčebné režimy používané k eradikaci bacilární formy H.pylori mohou indukovat kokkoidní formy vbnc schopné přežít po dlouhou dobu v gastroduodenálním prostředí. Odtud mohou mít přímý a nepřímý patogenní potenciál, který vede k opětovnému výskytu infekce a v důsledku toho k selhání léčby, relapsům infekce a recidivě gastroduodenálního onemocnění. Úspěšná eradikace proto může vyžadovat nejen eradikaci bacilárních forem, ale také kokkoidních forem, nebo zajištění toho, aby kokkoidní formy nebyly indukovány.

vzhledem k tomu, že rutinní metody, které jsou v současné době implementovány v klinické praxi k potvrzení eradikace H. pylori, nemohou detekovat formy kokoidů, mohou být hostitelé nesprávně diagnostikováni jako bez infekce; navíc tyto metody nemusí být schopny poskytnout úplný důkaz klinického potenciálu léčiv používaných k eradikaci H. pylori. Aby byla eradikace považována za úspěšnou, doporučuje se roční sledování-pomocí neinvazivních technik nebo, pokud jsou k dispozici, molekulárních metod—k určení, zda byly bakterie zcela eliminovány, zejména v oblastech s vysokou prevalencí a u pacientů s rizikem recidivy.

konečně jsou nezbytné další studie kokkoidní formy vbnc H. pylori, jejího patogenního potenciálu, jejího zapojení do infekce a rekrudescence a její role při tvorbě biofilmů v žaludku a na dalších místech v hostiteli. Takové studie by umožnily vývoj jak účinnějších diagnostických protokolů, které by zabránily podceňování kolonizace H. pylori, tak nových terapeutických strategií zaměřených na eliminaci kokkoidních forem a“ odzbrojení “ biofilmů.

střet zájmů

autoři prohlašují, že nemají žádný střet zájmů.