Roll av Helicobacter pylori coccoid former i infektion och recrudescens / Gastroenterologabi y hepatolog bi (engelsk utgåva)

Inledning

Helicobacter pylori (H. pylori) är en gramnegativ mikroaerofil bakterie, vars naturliga livsmiljö är magen. Även om den vanligtvis har en bacillär form med flera flageller i ena änden, antar den ett coccoid-utseende under ogynnsamma miljöförhållanden.1,2

h. pylori är en viktig etiologisk faktor vid aktiv kronisk gastrit, magsår, magslemhinnarassocierad lymfoid vävnad (MALT) lymfom och magcancer. Även om bakterien beräknas vara närvarande i magslemhinnan hos hälften av världens befolkning, utvecklas dessa sjukdomar endast hos cirka 15-20% av koloniserade individer.2,3

de vanligaste behandlingsregimerna har resulterat i en utrotningsgrad på cirka 85% i många geografiska områden,4-6 men effekten har äventyrats, särskilt de senaste åren, av den snabba uppkomsten av antibiotikaresistenta stammar och dålig behandlingshäftning.5,7

det är viktigt att överväga att botemedel (såväl som förebyggande av komplikationer) för aktiv kronisk gastrit och magsår och för vissa lågkvalitativa former av gastrisk MALT lymfom beror på framgången med H. pylori-utrotning. Vidare skulle säkerställa och upprätthålla framgångsrik utrotning av denna mikroorganism i alla dess biologiska former förhindra återfall av infektionen och därför återfall av sjukdomen.

syftet med denna översyn är att presentera en allmän översikt över coccoidformen av H. pylori, som belyser dess mikrobiologiska profil, antibiotikaresistens och virulens. Dess engagemang i gastrisk sjukdom kommer också att analyseras, och i vilken utsträckning det är förknippat med infektionsrekrudescens och sjukdomsåterfall kommer att undersökas.

överlevnad och cellanpassning av H. pylorigenerala överväganden

alla levande organismer är utrustade med mekanismer som gör det möjligt för dem att överleva i ogynnsamma miljöer. För vissa innebär deras svar (förutom metaboliska anpassningar) förändringar i cellmorfologi.8,9 flera mikroorganismer har förmågan att differentiera till ett livskraftigt men icke-odlingsbart (VBNC) tillstånd som svar på miljöförhållanden som är ogynnsamma för överlevnad och tillväxt. Denna strategi används ofta av mikroorganismer som Salmonella, Campylobacter och Escherichia.10,11

i vbnc-tillståndet minskar bakterierna i allmänhet sin storlek och ändrar form för att bli små sfäriska kroppar. De minskar deras andningsfrekvens och näringstransport och förändrar genuttryck och molekylär syntes. I detta tillstånd kan de inte detekteras med konventionella odlingstekniker. Förändringar i miljöförhållandena kan dock leda till att dessa mikroorganismer antingen ”återupplivas” (och omvandlas till deras aktiva tillstånd) eller degenereras.10-13

På Samma Sätt, H. pylori, när den upplever skadliga miljöförhållanden (i eller utanför dess naturliga livsmiljö), ändrar sin klassiska bacillärform och går in i ett VBNC-tillstånd som leder till morfologiska och metaboliska förändringar samt modifieringar i tillväxtbeteende.14,15

livskraftigt men icke-odlingsbart tillstånd av H. pylori

även om vissa författare ursprungligen försökte visa att omvandlingen från bacillär till coccoidform var en passiv process som resulterade i celldöd och därför att coccoidformerna var degenererade rester av döda bakterier, 16, 17 tre former av H. pylori anses för närvarande existera, nämligen (i ordning för de flesta till minst virulenta), den livskraftiga, odlingsbara bacillärformen, VBNC coccoidformen och den icke-livskraftiga degenerativa formen.18-20

morfologiskt sker omvandling från bacillären till coccoidformen genom mellanliggande V – och U-former13,14 (Fig. 1 och 2), i vilka cellstrukturer som cytoplasman och cellmembranet förblir intakta,15, 21 medan flagellen tenderar att lindas runt den coccoidcellulära strukturen och därigenom blir nära osynlig. Andra ultrastrukturella modifieringar av coccoidformen resulterar i två undertyper. Typ A har oregelbundna kanter med en grov yta och anses vara en död cell, medan typ B har en jämnare yta, är mindre och anses vara en levande cell.21,22

i scanningelektronmikroskop (SEM) analyser av ytan slemhinnor gelskikt av magcancer patienter infekterade med H. pylori, Ogata et al.23 observerade samexistensen av både bacillära och coccoidformer. Andra författare har bekräftat närvaron av coccoidformen i både magen och tolvfingertarmen, 24-26 även om det verkar som att andelen coccoidformer är högre i tolvfingertarmen än i magen, till den punkt där endast coccoidformen observeras i vissa duodenala biopsier.26,27 detta faktum antyder antingen att H. pylori tvingas anpassa sig till biologiska förhållanden i tolvfingertarmen eller att dessa förhållanden är idealiska för att H. pylori ska ta tillflykt där i vbnc-tillståndet.

in vitro-och in vivo-experiment har visat att under ogynnsamma förhållanden som aerobios, 28,29 alkaliskt pH,29,30 hög temperatur,31 långa inkubationsperioder,29,32 långvarig inkubation i vatten33 eller behandling med protonpumpshämmare 32 eller antibiotika,34 coccoidfenotypen kan upprätthålla en viss nivå av metabolisk aktivitet,eftersom den uttrycker en mängd olika gener närvarande i bacillärformen, 35 upprätthåller detekterbara nivåer av ureasaktivitet,36 fortsätter att syntetisera proteiner,om än i mindre kvantiteter (mindre än 1% av mängden proteiner som syntetiseras av bacillär form) 37 och producerar små mängder DNA, bibehålls även efter 3 månaders lagring i fysiologisk saltlösning vid 4 msk C. 29,38 alla dessa data understryker det faktum att de biologiska förändringarna i H. pylori som svar på skadliga stimuli återspeglar dess kraftfulla förmåga, under dess livslängd, att bevara arten.

biofilmbildning

som med andra bakterier beror H. pyloris förmåga att kvarstå som en infektiös enhet och motstå arsenalen av antimikrobiella medel som syftar till att utrota den på den genetiska variationen som gör det möjligt att utveckla bakteriell resistens. Dess överlevnadsstrategi förbättras ytterligare när bakterieceller bildar vad som kallas biofilmer.20 biofilmer är ett slags mikrobiellt” samhälle ” där bakterierna fäster fast vid biotiska eller abiotiska ytor med hjälp av en egenproducerad matris. Denna matris, som består av extracellulära polymera substanser,39,40 skapar en miljö som är mycket tolerant mot antimikrobiella medel och starkt resistent mot fagocytos. Olika värdförsvarsmekanismer undviks därför, vilket gör utrotningen svår. Biofilmer anses vara verkligt komplexa, dynamiska system som underlättar horisontell genöverföring mellan bakterier. De ger således bakteriepopulationer med nya modifierade genom som bidrar väsentligt till bakteriell resistens, stamvariation och anpassningsförmåga.41-43

i en studie av 21 biopsier från patienter hos vilka bakterien tidigare hade utrotats isolerades H. pylori genom odling i 7 av biopsierna, medan genuttryckstekniker upptäckte livskraftiga H. pylori-celler i de flesta biopsier. SEM visade under tiden klustrade coccoidbakterier anordnade i en mikrobiell biofilm, vilket tyder på att coccoidformerna kan underlätta bakteriell Persistens och antibiotikaresistens.44

känslighet för antibiotika i coccoidformen

många studier har visat att H. pylori kan förändras från bacillär till coccoidform vid exponering (in vitro) för olika antimikrobiella medel. Olika koncentrationer av amoxicillin, klaritromycin, metronidazol och erytromycin (för att bara nämna några av de tillgängliga antibiotika) kan inducera denna morfologiska omvandling.34,35,45 den största induktionseffekten har observerats med amoxicillin, 27,34, 46 som är kända för att vara mycket effektiva in vitro mot H. pylori; morfologiska observationer av kulturerna visar emellertid att bacillära former minskar i antal till förmån för coccoidformer.34,46 Faghri et al., 47 uppnådde bakteriedödande effekter för coccoidformerna, vid över 60% med metronidazol vid två gånger den minsta hämmande koncentrationen (MIC) och vid 80-90% med klaritromycin vid MIC; emellertid inhiberade amoxicillinbehandling med MIC och mic IC 2 inte livskraftiga coccoidformer. Liknande, Berry et al.34 observerade att medan amoxicillin vid mic 10 eliminerade bacillära former av H. pylori, inducerade det också bildandet av coccoidformer. Perkins et al.48 observerade, i en studie av katter infekterade naturligt med H. pylori, att 6 veckor efter utrotningsbehandling var magsaften positiva för H. pylori i bara en katt, men polymeraskedjereaktion (PCR) – analys identifierade H. pylori genetiskt material hos alla katter i studien. Även om H. pylori detekterades i en enda katt, de histologiska lesionerna överensstämde med kronisk gastrit och präglades av närvaron av lymfoida folliklar.

med tanke på dessa mikrobiologiska och grundläggande forskningsdata, i en tidigare studie utförd på patienter infekterade med H. pylori—där känsligheten hos de isolerade stammarna till amoxicillin tidigare bestämdes—fick dubbelterapi (protonpumpshämmare och amoxicillin) En härdningshastighet för amoxicillinkänsliga stammar på endast 66%. Detta resultat visar närvaron av viktiga ytterligare oberoende bakterieresistensfaktorer relaterade till framgångsrik användning av detta antibiotikum.49 Detta är särskilt fallet om vi anser att det verkar omöjligt att coccoidformer kan vara känsliga för antibiotika mot laktos, eftersom coccoidformer har olika penicillinbindande proteinprofiler från bacillärformer.50 det är därför troligt att inte alla H. pylori-organismer elimineras fullständigt efter utrotningsbehandling; snarare kommer vissa sannolikt att omvandlas till coccoidformer och blir så resistenta mot antibakteriella läkemedel. Detta skulle förklara behandlingsfel och rekrudescens.13,34,45

det är värt att lyfta fram att några mycket nya studier har visat att fria fettsyror, såsom linolensyra och liposomal linolensyra, har en bakteriedödande effekt på båda H. pylori-formerna, oavsett deras resistens mot antibiotika.51,52 dessa molekyler kan därför ha en potentiellt effektiv antimikrobiell effekt vid behandling av infektion med H. pylori, särskilt i dess coccoidform.

virulens och patogenicitet av coccoidformen

virulensfaktorerna för bacillärformen av H. pylori och de mekanismer genom vilka denna bakterie är involverad i utvecklingen av gastrointestinala sjukdomar har studerats omfattande.1,3,4 men lite är känt om virulens och patogeniciteten hos coccoidformen. Nedan granskar vi de mest relevanta resultaten om detta ämne.

liksom bacillärformen uttrycker coccoidformen stora virulensgener, såsom ureA, ureB, hpaA, vacA och cagA, cagE och BabA.35,53,54 detta uttryck, som inträffar under en lång period, spelar förmodligen en viktig roll vid kroniska svåra magsjukdomar.

vidhäftning av H. pylori till gastroduodenal epitel är känt för att vara ett viktigt steg i induktionen av aktiv kronisk inflammation i slemhinneskiktet. SEM-studier har funnit att coccoidformen av H. pylori kan förekomma på plasmamembranytan i magsepitelcellerna och, liksom bacillärformen, har förmågan att invadera dessa celler.15,55 om cellinvasion inträffar är coccoidformerna inneslutna i membranblåsor med dubbla lager och de gastriska epitelcellerna verkar svullna och lytiska, vilket visar erosion av slemhinneskiktet.56 Med tanke på att coccoidformen är mindre mottaglig för antibiotika antas det att dessa latenta plasmamembranformer kan spridas och infektera andra närliggande epitelceller i avsaknad av en effektiv koncentration av antibiotika.57

H. pylori-infektion är också känd för att inducera ett lokalt immunsvar som misslyckas med att utrota bakterierna, vilket gör det möjligt för magsjukdomen att bli kronisk. Immunsvaret kan bestämmas genom antikroppsdetektering med användning av serologiska metoder utvecklade med användning av bacillärformen av H. pylori.58 faktum är att närvaron av dessa specifika antikroppar kan användas som en epidemiologisk indikator på infektion och för att bekräfta framgången med behandlingen. Det finns emellertid inga serologiska metoder som upptäcker coccoidformer. För att avgöra om coccoidformer hade någon effekt på immunsvaret hos koloniserade individer, Figueroa et al.59 utarbetade en specifik enzymbunden immunosorbentanalys (ELISA)-teknik för att utvärdera och jämföra immunsvaret mot coccoid-och bacillärformer mot en sera-panel från symtomatiska och asymptomatiska infekterade individer. De coccoid former av H. pylori visade sig inducera ett humoralt immunsvar som liknar det som induceras av bacillärformerna hos infekterade individer. I en annan studie utförd på barn med epigastrisk smärta undersöktes den möjliga rollen av coccoidformen i H. pylori-infektion med användning av en ELISA-teknik och antigener framställda från bacillära och coccoidcellformer. Det visade sig att 13,3% och 55,8% av cellerna var seropositiva för antigener av bacillärformen respektive coccoidformen, medan seropositivitetsvärdena för astmatiska barn endast var 7,0% respektive 26,5%. Denna ungefär fyrfaldiga skillnad i seropositivitet mellan coccoid-och bacillärformantigenerna hos symptomatiska och asymptomatiska patienter kan föreslå en möjlig infektiv roll för coccoidformen av H. pylori.60

Cellini et al.61 intragastriskt inokulerade koncentrerade suspensioner av H. pylori i coccoidform i en BALB/c-musmodell. H. pylori isolerades 2 veckor senare, histopatologiska förändringar inträffade 1 månad senare och alla koloniserade möss visade ett systemiskt antikroppssvar mot H. pylori. I andra experiment med BALB / c-möss utvecklade djur inokulerade med coccoidformer signifikanta patologiska förändringar i magen, inklusive erosiva lesioner och inflammatorisk cellinfiltrering av magslemhinnan.36 hon et al., 53 för att jämföra virulens och infektivitet inokulerade intragastriskt BALB/c-möss med H. pylori, en grupp med bacillärformen och en andra grupp med coccoidformen. Vid SEM-undersökningen av prover från de 2 grupperna observerade de vidhäftning av både bacillära och coccoidformer till epitelcellerna i magsväggen och närvaron av flagella i coccoidformerna. Histologisk undersökning visade olika grader av lesioner i magslemhinnan, från mild inflammatorisk cellinfiltrering till erosioner och sår. Mucosal lesionen var mildare i mössen infekterade av coccoidformen, medan ett positivt resultat inte erhölls i kontrollgruppen som fick sterilt vatten.53 Rabelo-Goncascalves et al.62 visade att coccoid former av H. pylori inducerade ett akut inflammatoriskt svar i magen hos möss från de tidigaste stadierna av infektionen. Ovanstående resultat belyser förmågan hos coccoidformer att kolonisera och infektera magslemhinnan in vivo.

flera studier har avslöjat närvaron av coccoidformen i vatten.33,63 en sådan studie—av vår grupp—jämförde 2 grupper av avvanda Wistar-möss, en administrerade brunnsvatten och kranvatten under en längre tid och den andra administrerade sterilt destillerat vatten och fann att studiegruppsmössen utvecklade en kronisk inflammatorisk process med bildning av lymfocytiska plack och närvaron av baciller som överensstämmer med H. pylori.64

som tidigare nämnts, skulle det vara logiskt att anta att, i ogynnsamma förhållanden, H. pylori går in i ett ”vilande” tillstånd, modifierar sin klassiska bacillärform till coccoidformen utan att producera degenerativa förändringar i dess genom och behåller förmågan att återgå till bacillärformen när miljö-eller naturliga livsmiljöförhållanden förbättras.

deltagande av coccoidformen i recrudescens

återfall av H. pylori efter framgångsrik utrotning är sällsynt i utvecklade länder jämfört med utvecklingsländer, med årliga återfall på 2, 67% respektive 13%.65,66

det finns två typer av återfall av H. pylori-infektion: återfall är genetiskt identisk med den som isolerats före utrotning; och återinfektion, när återfall orsakas av en annan stam.67 differentiering av rekrudescens från återinfektion kräver PCR-eller genetisk polymorfismanalys för att identifiera bakteriestammar.67,68 eftersom dessa metoder inte tillämpas rutinmässigt är det ofta omöjligt att skilja mellan recrudescens och reinfektion i rutinmässig klinisk praxis.

H. pylori-återfall är kliniskt relevant, eftersom återfall i magsår kan observeras hos en betydande andel infekterade patienter, medan återkomsten av mikroorganismer kan förklara vissa MALT-lymfomåterfall efter behandling.69 faktorer som att dricka kranvatten, tand-och tandköttssjukdom, återkommande tonsillit, sjukhusvistelse, tand-och medicinsk utrustning och kontakt med familjemedlemmar tros påverka H. pylori-återfall.70-72 andra faktorer associerade med infektionsåterfall är yngre ålder, diabetes hos unga patienter, låg årsinkomst och långvarig hämning av magsyra efter utrotning.73-76

Recrudescens anses vara den mest troliga orsaken till återfall under det första året efter utrotning, medan reinfektion kan inträffa efter en längre period.68,77 många fall av återfall i utvecklade länder beror i verkligheten på återfall. Reinfektion är vanligare i utvecklingsländer, eftersom människor uppenbarligen ständigt utsätts för H. pylori.65,78

använda polyakrylamidgelproteinelektroforestekniker, Costas et al.79 fann att patienter med återfall 4 veckor efter utrotningsbehandling inte faktiskt infekterades med en annan stam av H. pylori; snarare hade stammen som orsakade den ursprungliga infektionen inte fullständigt utrotats av behandlingen, vilket ledde till att infektionen återupptogs. Därför är det viktigt att ta hänsyn till effekten av den terapeutiska regimen: H. pylori-återfall är vanligt hos patienter som behandlas med lågeffektiva terapier, men är sällsynt när högeffektiva terapier används. Detta demonstrerades av en studie om förekomsten av H. pylori-återfall i Spanien av Gisbert et al., 80 who fann att H. pylori-återfall 6 månader efter utrotning var 8, 2% hos patienter behandlade med lågeffektiva terapier men endast 1, 7% hos patienter behandlade med högeffektiva terapier.

i en studie som genomfördes i Korea från 2007 till 2010, H. pylori-återfall analyserades efter 6 månaders framgångsrika första-och andra linjens utrotningsterapier, med årlig uppföljning-till slutet av studieperioden—baserat på andningstester, magbiopsi och snabba ureastester.81 det visade sig att de årliga återfallsfrekvenserna inom och efter 2-års uppföljningen var 9,3% respektive 2,0% efter första linjens terapi och 4,5% respektive 2,9% efter andra linjens terapi. Författarna drog slutsatsen att årliga H. pylori-återfall för patienter som fick utrotningsbehandling visade en kraftig minskning efter 2-års uppföljningsperiod. Detta ansågs tillräcklig tid efter behandling för att bekräfta utrotning, och också tillräcklig tid för att göra det möjligt att skilja mellan återfall och rekrudescens av H. pylori-stammar.81

slutliga överväganden och slutsatser

med tanke på förmågan hos H. pylori för att komma in i ett VBNC-tillstånd när det utsätts för ogynnsamma förhållanden inom eller utanför dess livsmiljö är det rimligt att anta att antibiotikabehandlingsregimer som används för att utrota bacillärformen av H. pylori kan inducera VBNC coccoidformer som kan överleva under långa perioder i gastroduodenal miljö. Härifrån kan de ha direkt och indirekt patogen potential som leder till recrudescens av infektionen och som ett resultat behandlingsfel, infektionsåterfall och återkommande gastroduodenalsjukdom. Framgångsrik utrotning kan därför kräva inte bara utrotning av bacillärformerna utan också av coccoidformerna, eller att se till att coccoidformer inte induceras.

med tanke på att eftersom rutinmetoder som för närvarande implementeras i klinisk praxis för att bekräfta H. pylori-utrotning inte kan upptäcka coccoidformer, kan värdar diagnostiseras felaktigt som fria från infektion; dessutom kanske dessa metoder inte kan ge fullständiga bevis på den kliniska potentialen hos de läkemedel som används för att utrota H. pylori. För att utrotning ska betraktas som framgångsrik rekommenderas därför årlig uppföljning-med icke-invasiva tekniker eller, om tillgängliga, molekylära metoder—för att avgöra om bakterier har eliminerats helt, särskilt i områden med hög prevalens och hos patienter med risk för återfall.

slutligen krävs ytterligare studier av coccoid VBNC-formen av H. pylori, dess patogena potential, dess engagemang i infektion och rekrudescens och dess roll för att bilda biofilmer i magen och andra platser inom värden. Sådana studier skulle möjliggöra utveckling av både effektivare diagnostiska protokoll som undviker att underskatta kolonisering av H. pylori och av nya terapeutiska strategier som syftar till att eliminera coccoidformer och ”avväpna” biofilmer.

intressekonflikt

författarna förklarar att de inte har någon intressekonflikt.