Аннотация: Клинические синдромы, включающие инфекцию мочевыводящих путей (ИМП), продолжают оказывать значительное влияние на миллионы пациентов во всем мире, большинство из которых являются здоровыми женщинами. Антибиотикотерапия острого цистита не предотвращает рецидивов, от которых страдает до одной четверти женщин после первичной ИМП. Повышение устойчивости уропатогенных бактерий к противомикробным препаратам еще больше усложняет принятие терапевтических решений, что требует новых подходов, основанных на фундаментальных биологических исследованиях. В этом обзоре мы освещаем современные достижения в области патогенеза ИМП и то, как они могут повлиять как на нашу клиническую перспективу, так и на будущие научные приоритеты.
Ключевые слова: инфекция мочевыводящих путей, кишечная палочка , цистит, пиелонефрит
Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) являются одними из наиболее распространенных бактериальных инфекций, ежегодно поражающих 150 миллионов человек во всем мире. Хотя и мужчины, и женщины могут заразиться, ИМП традиционно считается болезнью женщин, среди которых 50% будут страдать на протяжении всей жизни. Приблизительно 25% женщин с первым эпизодом бактериального цистита продолжают страдать рецидивами ИМП в течение 6 месяцев, у некоторых из них в течение года после первого эпизода возникает 6 или более инфекций. Существующая терапия является субоптимальной, так как распространенность уропатогенов с множественной лекарственной устойчивостью увеличивается, а лечение острой инфекции антибиотиками не исключает рецидивов. Эти упорно не поддающиеся лечению инфекции могут стать серьезной проблемой для здоровья и снизить качество жизни пострадавших мужчин и женщин.(2)
Бактериальные инфекции мочевыводящих путей (UT) клинически проявляются различными признаками и симптомами и могут быть вызваны целым рядом микроорганизмов. В этом обзоре мы сосредоточимся в первую очередь на уропатогенной кишечной палочке (УПЭК) как этиологическом агенте ИМП, поскольку УПЭК ответственна за более чем 80% всех внебольничных инфекций. Другие этиологии включают инфекции , вызванные Staphylococcus, Klebsiella, Enterobacter, Proteus и Enterococcus ; эти микроорганизмы становятся особенно актуальными при катетер-ассоциированных и внутрибольничных инфекциях. Патогенный каскад цистита UPEC широко изучался в последние годы, в основном на клеточных культурах и моделях мышей, поскольку мыши воспроизводят многие аспекты эпителиальной среды мочевого пузыря. Благодаря этим исследованиям был пролит беспрецедентный свет на молекулярную и клеточную основу инфекции. Кроме того, в последние годы появилось несколько новых моделей мышей, позволяющих изучать осложненные ИМП (пиелонефрит, абсцесс почки, катетер-ассоциированная ИМП) и рецидивирующий цистит. Кроме того, последние данные свидетельствуют о том, что нормальный, здоровый мочевой пузырь не всегда стерилен, и возникает картина микробиома мочи . Такие успехи обещают дальнейшее освещение молекулярных механизмов вирулентности UPEC и других уропатогенов, а также сложности иммунного ответа хозяина. С помощью этих инструментов мы готовы ответить на ранее остававшиеся без ответа вопросы, имеющие клиническое значение для лечения и профилактики.(3)
Молекулярный патогенез ИМП-
Инфекция мочевыводящих путей начинается, когда УПЭК, вероятно введенный после колонизации периуретральной области флорой желудочно-кишечного тракта, достигает и поднимается по уретре по неустановленному механизму. Достигнув мочевого пузыря, UPEC связываются с поверхностными эпителиальными (фасеточными) клетками зависимым от пилей типа 1 образом. Подгруппа прикрепленных бактерий затем интернализуется в фасеточные клетки, динамический процесс, который, вероятно, зависит от нормального цикла апикальных сегментов мембраны в этих клетках. Противодействуя этой ключевой патогенной активности, эпителиальные клетки мочевого пузыря осуществляют активное изгнание интернализированных УПЭК. Недавние данные показывают, что UPEC способны нейтрализовать лизосомы, и что эта нейтрализация ощущается лизосомальным мембранным белком, называемым муколипиновым TRP-каналом 3 (TRPML3), активирующим пути, которые направляют экзоцитоз UPEC-содержащих лизосом. Благодаря определенному механизму активация Toll-подобного рецептора 4 (TLR4) интернализованным UPEC приводит к специфическому убиквитинированию фактора 3, ассоциированного с рецептором TNF (TRAF3), что обеспечивает его взаимодействие с фактором обмена гуанин-нуклеотид, который направляет сборку экзоцистного комплекса. тем самым достигается изгнание внутриклеточных бактерий.
Используя не полностью определенные стратегии, UPEC может получить доступ к цитоплазме эпителиальных клеток мочевого пузыря, после чего развиваются клональные, подобные биопленке массы, называемые внутриклеточными бактериальными сообществами ( IBCs ). Как часть реакции хозяина, поверхностные фасеточные клетки в значительной степени отшелушиваются, высвобождая IBC в мочу и избавляя организм от тысяч бактерий. В моче инфицированных женщин и детей наблюдается выделение IBC-содержащих клеток, что подтверждает их клиническую значимость. Через 16–24 ч в мышиных моделях ИМП подгруппа UPEC в оставшихся МКК принимает нейтрофил-резистентную, нитевидную морфологию и выходит из МКК, впоследствии реинвазивно наивные эпителиальные клетки мочевого пузыря. Некоторые из этих бактерий продолжают инфицировать незрелый эпителий мочевого пузыря, который обнажается после эксфолиации, позже образуя покоящиеся внутриклеточные резервуары , которые избегают иммунного клиренса и сопротивляются системному лечению антибиотиками. Эти стойкие UPEC могут возникать повторно в ответ на неопределенные в настоящее время сигналы, вызывая рецидивирующий цистит, который так часто встречается в клинической практике.(4)
Существенным пробелом в нашем понимании является механизм, с помощью которого UPEC покидает начальную вакуоль (после интернализации) и достигает цитоплазмы, где формируется IBC. В отличие от других грамотрицательных патогенов, ускользающих от эндосомы, UPEC не кодирует систему секреции типа III для доставки факторов вирулентности. Кроме того, узкое место, связанное с образованием IBC, исключает классические скрининги in vivo , и никакая модель образования IBC in vitro не была полностью принята в данной области. В результате для освещения требований к формированию IBC использовались суррогатные методы. Например, поскольку IBC обладают многими характеристиками биопленок, одна группа провела скрининг транспозонов на гены, необходимые для образования биопленки in vitro , используя поливинилхлорид в качестве субстрата, а также взяла пробы пелликулы стоячих бульонных культур. Этот скрининг выявил гены с функциями прикрепления, подвижности, синтеза и модификации ЛПС, метаболизма, а также поддержания бактериальных клеток. В других исследованиях мышиные модели ИМП показали, что одногенные мутанты UPEC обнаруживают дефекты на определенных этапах патогенного каскада IBC, как в случае OmpA, основного порина внешней мембраны. Делеция OmpA не ингибирует связывание или интернализацию UPEC с поверхностными эпителиальными клетками; однако, попав в цитоплазму этих клеток, мутантный Δ ompA не может завершить внутриклеточный путь и, как было установлено с помощью уменьшающейся бактериальной нагрузки органов и конфокальной микроскопии, эти UPEC не могут пройти очень ранние стадии образования IBC у мышей. Точно так же UPEC с делецией малой некодирующей РНК Hfq не может реплицироваться в культивируемых эпителиальных клетках мочевого пузыря человека, несмотря на нормальные уровни связывания и инвазии. Определение роли соответствующих факторов-хозяев (на примере упомянутых выше исследований экзоцитоза) также поможет выяснить механизм, с помощью которого UPEC занимает критическую цитоплазматическую нишу. Чтобы ответить на такие вопросы, потребуются совместные и широкомасштабные усилия, включающие клеточную биологию, бактериологию, биохимию и оптимизированные модели in vitro или ex vivo. После выхода в цитоплазму бактерии обнаруживают, что занимают среду, сильно отличающуюся от просвета мочевого пузыря, бедного питательными веществами. Транскриптомный анализ UPEC в различных моделях (например, при ИМП у мышей или при росте бактерий в моче) показал, что для патогенеза важны различные метаболические пути; они включают транспорт/метаболизм сиаловых кислот, глюконеогенез, цикл трикарбоновых кислот (TCA), усвоение железа, метаболизм этаноламинов и фосфатов, а также метаболизм аминокислот. Хотя эта работа позволила получить широкое представление о метаболической активности, необходимой для возникновения ИМП, мы находимся на пороге возможности специально исследовать популяции UPEC в определенных нишах и периодах во время инфекции.(5) Выживание и рост UPEC в различных пространственно-временных точках во время инфекции могут зависеть от очень разных источников метаболизма. Внутриклеточное выживание, по-видимому, требует уникального набора метаболических способностей, но точные потребности определены не полностью. Метаболизм хромогенного субстрата во время цистита дает косвенные доказательства того, что УПЭК может использовать β-галактозидазу, что, возможно, отражает ограниченное по глюкозе окружение на этом внутриклеточном этапе. Было установлено, что профилирование транскрипции цельных мочевых пузырей мышей через 6 ч после инфицирования штаммом UPEC UTI89 отражает в основном бактерии, которые интернализуются и активно формируют IBC. Этот анализ показал, что 2,3% генома UPEC по-разному регулировались в мочевом пузыре в этот момент времени (6 ч) по сравнению со статически выращенной бульонной культурой UPEC, которая использовалась в качестве инокулята. Гены, связанные с альтернативными путями использования источников углерода, такие как lacZ и srlA для использования галактозы и сорбита, соответственно, были активизированы; впоследствии было обнаружено, что делеция lacZ снижает вирулентность. Гены, связанные с приобретением железа, также были высоко экспрессированы, в том числе сидерофоры (секретируемые бактериальные белки, которые хелатируют внеклеточное железо и возвращают его в бактериальную клетку). Напротив, синтетические гены триптофана и цистеина подавлялись, что отражало обилие этих аминокислот в нише IBC. Более конкретное понимание бактериального метаболизма в патогенных нишах могло бы выявить точки потенциального вмешательства, остановить инфекцию и/или устранить резервуары, которые вызывают рецидивирующие ИМП. Следует отметить, что центральные метаболические пути E. coli не обязательно представляют все уропатогенные виды; другие патогены с отличным метаболизмом могут реагировать на разные пищевые сигналы во время инфекции.(1)
Список литературы-
1. Harding GK, Ronald AR. The management of urinary infections: what have we learned in the past decade? Int J Antimicrob Agents. 1994;4:83–88.
2. Foxman B. Urinary tract infection syndromes: occurrence, recurrence, bacteriology, risk factors, and disease burden. 2014;28:1–13.
3. O'Brien VP, et al. Drug and vaccine development for the treatment and prevention of urinary tract infections. Microbiol Spectr. 2016;4
4. O'Brien VP, et al. Are you experienced? Understanding bladder innate immunity in the context of recurrent urinary tract infection.
5. Gupta K, et al. Increasing antimicrobial resistance and the management of uncomplicated community-acquired urinary tract infections. 2001;135:41–50.
