Содержание
Трахеальный цитотоксин. Это фрагмент пептидогликана, который является промежуточным элементом его синтеза или продуктом деградации (рис. 3). Каким образом, не обладая прямой цитотоксичностью, пептидогликан повреждает эпителиоциты и почему именно коклюшная палочка, которая по структуре пептидогликана принципиально не отличается от других грамотрицательных бактерий, обладает этим механизмом деструкции? Одной из причин является то, что пептидогликан и его производные побуждают макрофаги и эпителиоциты слизистой оболочки к секреции цитокинов и других медиаторов, которые потенциально опасны для реснитчатого эпителия. В отличие от большинства бактерий, прочно удерживающих пептидогликан, коклюшная палочка постоянно высвобождает его субкомпоненты, которые включаются в опосредованную цитотоксичность.
Дермонекротоксин (известен еще как термолабильный токсин — инактивируется при 56°С) индуцирует некроз при внутрикожном введении, вызывая ишемию, обусловленную спазмом артериол. Инициируя повреждение, участвует в возбуждении воспалительной реакции, которая лежит в основе первой (катаральной) фазы болезни.
Коклюшный токсин (термостабильный токсин — инактивация при 80°С). Несмотря на наличие других токсических продуктов (остальные бордетеллы лишены этого признака), именно его называют коклюшным токсином, Ptx (син.: лимфоцитоз-стимулирующий фактор, пертуссиген, фактор активации островковой функции поджелудочной железы, гистаминсенсибилизирующий фактор). Ptx секретируется в два этапа. Сначала происходит транспозиция его субкомпонентов в периплазматическое пространство, откуда после сборки токсин выделяется при помощи системы секреции, близкой секреции IV типа.
Ptx действует не только как токсин, но и как фактор адгезии, cвязывающийся с мерцательным эпителием респираторного тракта. Полагают, что это главный индуктор пароксизмальной фазы заболевания. Вместе с тем, до сих пор не найдено экспериментальной модели, на которой бы удалось воспроизвести пароксизмальный кашель. Однако ряд других патологических сдвигов, характерных для коклюша (повышенная чувствительность к гистамину, лимфоцитоз, гипогликемия), можно вызвать у животных при помощи очищенных препаратов коклюшного токсина. Обезвреженный Ptx (анатоксин) входит в состав бесклеточной вакцины, используемой для профилактики коклюша.
Концепция о полифункциональном токсине, определяющем клиническую специфику коклюша, базируется на патогенетической универсальности молекулярной мишени для коклюшного токсина в поражаемых клетках. Подобно ряду других бактериальных токсинов коклюшный токсин принадлежит к А/В категории АДФ-рибозилтрансфераз — ферментов, которые после проникновения в клетку отщепляют никотинамид от НАД, присоединяя остаток аденозиндифосфорибозы к белкам-мишеням (см. «Возбудитель дифтерии»). По аналогии с холерным энтеротоксином (холерогеном), АДФ-трансферазная активность каталитического фрагмента коклюшного токсина нацелена на семейство так называемых G-протеинов — ферментов, занимающих ключевую позицию в реализации рецепторзависимых сигналов. АДФ-рибозилирование G-белков (это связано с А-субкомпонентом токсина) выводит из-под негативного контроля аденилатциклазу, вызывая повышение внутриклеточной концентрации циклического АМФ и извращение многих клеточных функций. Избирательность клеточных мишеней зависит от сродства к определенным мембранным структурам: подобно филаментозному гемагглютинину, коклюшный токсин наиболее активно рецептируется лактозилцерамидами реснитчатого эпителия респираторного тракта.
Впрочем, уверенность в болезнетворном значении коклюшного токсина не снимает ряд неясностей относительно уникального эффекта коклюшной палочки, в частности эволюции пароксизмального кашля. Более того, есть факты, которые заставляют думать, что инфекция оставляет такие изменения в слизистой оболочке бронхиального дерева, которые повышают реактивность к раздражителям, безвредным для нормального респираторного тракта. Возможно, одной из причин служит снижение порога чувствительности к гистамину, хотя (повторим!) смоделировать коклюшный кашель на животных не удается, несмотря на воспроизведение других симптомов коклюшной интоксикации, включая гиперреактивность к гистамину. Cуществует даже мнение о том, что Ptx не участвует в формировании пароксизмального кашля при коклюше. По крайней мере, B. Parapertussis, несмотря на отсутствие Ptx-продукции, вызывает такой же кашель, какой наблюдается при настоящем коклюше.
Аденилатциклаза. Была открыта как фактор с гемолитическими свойствами. Позже оказалось, что это токсин, который, действуя контактно на различные клетки (большая часть аденилатциклазы остается на бактериях в связанном состоянии), переводит АТФ в циклический АМФ. Это, в частности, выключает многие функции фагоцитарных клеток (хемотаксис, поглощение, продукцию активированного кислорода), необходимые для уничтожения возбудителя. Интересно, что активация коклюшной аденилатциклазы происходит только в присутствии кальмодулина — кальцийсвязывающего белка эукариотических клеток. Такой пример уникален для B. pertussis.
Липополисахарид. Необычность приступов коклюшного кашля побуждала в прошлом обращаться к идеям нервизма, связывая коклюш с патологией центральной нервной системы. Даже в современной литературе встречаются довольно расплывчатые упоминания о кашлевых рецепторах, которые неким образом сенсибилизируются метаболитами коклюшной палочки. К сожалению, сегодня трудно сказать нечто большее об этом загадочном явлении, за которым скрываются уникальные свойства возбудителя, диктующие своеобразие его взаимоотношений с хозяином. В любом случае на коклюш нельзя смотреть как на моноинтоксикацию. Токсический эффект может быть результатом суммарной активности нескольких факторов, действующих на местном и системном уровнях. Не последнюю роль в этом ансамбле играет липополисахаридный эндотоксин, который (как и у всех грамотрицательных бактерий) входит в состав наружной мембраны коклюшной палочки и несет антигенные эпитопы, общие для всех бордетелл (родоспецифический антиген).
Изменчивость
Характерной особенностью бордетелл является фенотипическая изменчивость. Принципиально, что она распространяется на признаки, связанные с вирулентностью. Это наблюдается в культурах in vitro и в инфицированном организме, отражая реакцию бактерий на сигналы из внешней среды. Само понятие «фазовые вариации», хорошо известное микробиологам, введено в 1931 г. для обозначения культуральных и антигенных модуляций B. pertussis.
Изменение культуральных свойств коклюшной палочки предложено характеризовать четырьмя фазами. Переход от фазы I к фазам II—IV соответствует S—R-трансформации, в ходе которой бактерии претерпевают ряд структурно-функциональных изменений, а главное — становятся авирулентными.
Вирулентные штаммы (S-варианты) изолируются обычно в раннем (катаральном) периоде заболевания. Они продуцируют токсины, располагают факторами, необходимыми для колонизации респираторного эпителия, имеют видоспецифические и общие для бордетелл наружные антигены. Их наличие определяет патогенетический потенциал коклюшных бактерий и высокую способность инфицировать других людей. Экспрессия генов, ответственных за образование факторов вирулентности, подчинена стратегии оптимальной адаптации бактерий к внешней среде и в конечном счете нацелена на выживание.
У коклюшной палочки отлично работает механизм, получивший название глобальной регуляции генов вирулентности. Переключение с вирулентного на невирулентный фенотип находится под контролем центрального регуляторного гена, активность которого меняется в зависимости от среды, где оказываются бактерии. Вирулентные штаммы быстро становятся авирулентными (R-формы), если их культивировать при 25°С, т.е. в режиме, близком к температуре носовых ходов. Возврат вирулентности (переход в фазу I) происходит при 37°С, т.е. при внутренней температуре тела. Это означает, что бактерии коклюша чувствуют снижение температуры, останавливая работу более 20 генов, детерминирующих вирулентный фенотип. Это объясняется тем, что, подобно другим бактериям, возбудитель коклюша имеет механизм передачи сигналов, конвертирующих внешние раздражители в экспрессию определенных генов. Он включает сенсорные белки плазматической мембраны, которые при стимуляции активируют внутриклеточные медиаторы, растормаживающие гены вирулентности. Для коклюшной палочки главным стимулом служит повышение температуры окружающей среды. В авирулентном состоянии она способна персистировать в носовых ходах, так как не продуцируя токсинов и антигенов, ассоциированных с болезнетворностью, не вызывает сильной реакции хозяина и не атакуется накопившимися к данному моменту антителами. Это способствует длительному носительству и распространению возбудителя. Есть данные, что коклюшная палочка может персистировать в макрофагах респираторного тракта, куда она проникает благодаря связыванию филаментозного гемагглютинина макрофагальными рецепторами (взаимодействие между RGD гемагглютинина и СD11b/CD18-интегринами плазматической мембраны макрофагов).
Иммунитет и специфическая профилактика
Перенесенная инфекция оставляет достаточно прочный иммунитет, который предохраняет от рецидивов типичного (пароксизмального) коклюша, но спустя несколько лет не исключает повторения инфекции в катаральной форме. Такие больные представляют наибольшую эпидемиологическую опасность, так как заболевание не диагностируется и противоэпидемические мероприятия не проводятся. В крови больных определяются агглютинирующие, преципитирующие, бактерицидные и комплементсвязывающие антитела, но они появляются поздно (через 3—4 нед после начала заболевания), а потому имеют ограниченное диагностическое значение. Сформулируем и парадокс бактериологической диагностики коклюша: возбудитель нередко исчезает из респираторного тракта раньше, чем кончается болезнь. Более того, вероятность его выделения в классическом (пароксизмальном) периоде гораздо ниже, чем в катаральной фазе заболевания. О причинах (они связаны с патогенетическим своеобразием коклюшной инфекции) говорилось выше, и мы вновь возвращаемся к этому, лишь вспоминая вопросы бактериологов-практиков, потерявших уверенность в надежности бактериологического подтверждения коклюша.