Dengue, et myggbåret virus, smitter rundt 50 millioner mennesker hvert år og dreper 22.000. Utbrudd i India og Taiwan i år har resultert i tusenvis av infeksjoner og noen få dusin dødsfall. Det er ingen behandling for dengue, og ingen vaksine som er fullstendig effektiv.
Relatert innhold
- Kan GM-mygg bane vei for et tropisk virus å spre?
- Et konservativt estimat for infeksjoner med hevet feber i India: 37 millioner hvert år
To team av forskere, det ene ved Australias universitet i Queensland og det andre ved University of California, Berkeley, tror de har funnet hemmeligheten bak dengues virulens: et enkelt protein, kalt ikke-strukturelt protein 1, eller NS1, som fungerer som giftstoffene frigjort av bakterielle infeksjoner. Studiene er i denne ukens utgave av Science Translational Medicine .
Dengues symptomer inkluderer feber, utslett, muskelsmerter og skade på blodkarene, noe som får dem til å lekke plasma. I alvorlige tilfeller kan væsketapet være dødelig, og sykdommen i sin mest alvorlige form kan bli dengue-hemoragisk feber, som forårsaker kvalme, oppkast og blødning eller blåmerker under huden.
De fleste blir ganske enkelt frisk, og da har de immunitet mot en av de fire stammene av viruset. Men det var ikke klart hvordan den hemoragiske formen av sykdommen forårsaket skaden som drepte pasienter. "Det meste er at du får lekkasje fra kapillærene og sirkulasjonssystemet, " sier Eva Harris, professor i infeksjonssykdommer og virologi som ledet University of California, Berkeley-teamet. "Hvis væskene ikke fylles på, går du i dekompensert sjokk."
Paul Young, hovedprofessor ved School of Chemistry and Biosciences ved University of Queensland, og teamet hans fant mekanismen som NS1 opererer, mens Harris 'var i stand til å isolere proteinet selv og bruke det til å vaksinere mus.
Dengue var ikke alltid et slikt problem; for et århundre siden var det begrenset til svært få steder i tropene. Andre verdenskrig endret det, fordi myggen som bærer den, Aedes aegypti, ble fraktet over hele verden på lasteskip. Der dengue en gang trengte visse dyr å spre, er den nå avhengig av mennesker. Young bemerket at mennesker effektivt er en vektor for dengue hos mygg. Aedes aegypti liker å avle i små kropper med stille vann - småbarnsbassenger, søppelkasser og til og med gulvet på et bad. Hunnene biter mye også.
Forskere antok allerede at alvorlige tilfeller var forårsaket av en overaktiv immunrespons. Dengue reproduserer, som alle virus, ved å overta maskineriet til vertsceller. I dengues tilfelle er det celler, kalt dendritiske celler, som varsler kroppen om infeksjon. Infeksjonen stimulerer cellene til å produsere cytokiner, små proteiner som er en del av den inflammatoriske responsen. Dette er vanligvis ikke dødelig.
En annen infeksjon, men med en annen belastning av dengue, vil føre feil på immunsystemet. Antistoffer fra den første infeksjonen knytter seg til den nye stammen av dengue, fordi den ser ut som den første. Men den nye stammen er litt annerledes, så antistoffene kan ikke nøytralisere viruset fullstendig. I stedet lar de viruset feste seg til T-cellene som vanligvis dreper det, og som sprer viruset ytterligere og øker virusbelastningen på pasienten.
Denne animasjonen forklarer hvordan sykdommer, som dengue, overføres. Kreditt: C. Schaffer / AAAS.Resultatet er mer cytokinproduksjon. En av funksjonene til cytokiner er å gjøre blodkarets vegger mer gjennomtrengelige, og overproduksjon gjør dem lekker. Dette er grunnen til at andre infeksjoner ofte fører til alvorlige former for sykdommen og blødning. Små blodflekker dukker opp på pasientens hud og større lommer med blod samler seg under huden.
Mysteriet var hvilket bestemt protein som var involvert og hvordan det handlet. Det var der Youngs team kom inn. På begynnelsen av 2000-tallet hadde teamet utviklet en måte å teste for dengue ved å måle konsentrasjoner av NS1-proteinet i blodomløpet.
"Det vi fant i en studie i Thailand, var at hvis pasienter hadde høye nivåer av NS1, var det mer sannsynlig at de fortsatte med alvorlig sykdom. Vi trodde det bare var en markør for virusinfeksjoner, " sier Young. "Men så spurte vi om det hadde en direkte effekt selv."
De bestemte seg for å se nærmere på NS1. Det var da de fant ut at det binder seg til et annet molekyl, kalt bompengelignende reseptor 4 (TLR4). Det gjør at den kan koble seg til cellene i blodkarets vegger, kalt endotelceller. NS1 stimulerte også immunceller til å frigjøre cytokiner - den overaktive inflammatoriske responsen. NS1 opptrådte veldig som et bakterietoksin.
Young sier at NS1-funnene betyr at for å behandle dengue, kan det være mulig å bruke eksisterende medisiner. Noen versjoner av de som behandler sepsis, for eksempel, kan fungere.
NS1 aktiverer direkte musemakrofager og humane immunceller via den medfødte immunreseptoren TLR4. Utskilt NS1 induserte en doseavhengig økning i proinflammatoriske cytokiner, forstyrrende monolagsintegritet av endotelceller og førte til vaskulær lekkasje. Blokkering av TLR4, enten av en antagonist eller et antistoff mot NS1, opprettholdt endotelintegritet og hemmet vaskulær lekkasje. (H. McDonald / Science Translational Medicine) Neste spørsmål var om man kunne stoppe det. Harris 'team så på NS1s rolle i dengue-infeksjon mer direkte. De eksperimenterte på mus, infiserte dem med dengue, og deretter med proteinet av seg selv. De brukte NS1 fra alle fire stammer av dengue.
Forskerne fant at musene i begge tilfeller utviklet antistoffer. De oppdaget også at NS1 alene kan føre til at blodkarene lekker ut væske. "Vi tenkte at kanskje proteinet hadde en rolle i vaskulær lekkasje, " sier Harris.
Mus som fikk en liten mengde NS1, som viste en immunrespons, så ut til å være beskyttet mot viruset. Årsaken, sier Harris, er at antistoffene knytter seg til proteinet selv, snarere enn en spesifikk viral stamme, og NS1 produsert av alle fire dengue-stammer er den samme.
Beskyttelsen mot viruset var ikke 100 prosent over de forskjellige stammene av dengue, (kalt DENV1, DENV2, DENV3 og DENV4). I studien fant Harris 'team at beskyttelsen var 100 prosent fra den belastningen når de ble inokulert med NS1 fra DENV2. Det var 75 prosent fra DENV1, og 60 prosent fra DENV3 og DENV4.
De testet deretter proteinet og viruset på humane lungene endotelceller i kultur. De så at NS1 ikke var i stand til å skade cellene når TLR4-proteinet ble blokkert - mer bevis på at NS1 som forårsaker vaskulær lekkasje hos mennesker.
Harris bemerker at arbeidet deres, sammen med funnene fra Youngs team om at TLR4 kobler dengue til andre celler, gir viktig innsikt. "Hvis vi kan målrette mot TLR4, har vi en ny måte å lage en terapi på, " sier hun, i tillegg til en vaksine.
Det er fortsatt mye arbeid som skal gjøres, sier hun. Selv om de vet at NS1 er den skyldige, er det ennå ikke klart hvilket spesifikt stykke NS1 som er som genererer de rette antistoffene og skader celler. Hun bemerker at West Nile Virus også har NS1 og oppfører seg annerledes. "NS1 har en hel haug med roller som ikke er godt forstått, " sier hun.
Når det er sagt, kan det nye arbeidet legge til et nytt våpen for folkehelsetjenestemenn for å kontrollere sykdommen; de vanlige metodene er fokusert på å kontrollere myggen.
Youngs og Harris 'grupper er ikke de eneste som jobber med dengue. Sanofi Pasteur, et selskap som utvikler, produserer og leverer vaksiner, har en ny vaksine som er registrert i en rekke land; godkjenning for bruk kunne komme i løpet av de neste månedene, sier Susan Watkins, senior kommunikasjonsdirektør. Sanofi-vaksinen bruker et svekket virus (det er faktisk et gulfeber-virus med en dengu "pels").
I følge en New England Journal of Medicine- studie beskyttet Sanofi-vaksinakandidaten i gjennomsnitt 66 prosent av frivillige på 9 år og eldre mot alle fire dengue-stammer, og av disse var 93 prosent beskyttet mot den alvorlige sykdomsformen. Sanofi-vaksinen gir imidlertid ikke det samme nivået av beskyttelse mot alle de fire stammene - mot en type var den bare 42 prosent effektiv, mens den var 77 prosent effektiv mot en annen.
En annen fordel med å bruke NS1 som base for en vaksine er at det ikke innebærer å bruke viruset i det hele tatt. "FDA ville være lykkeligere hvis vi kunne slå ut deler av proteinet som forårsaker sykdom og la de som gir beskyttelse, " sier Harris.
