Dengue, en myggebåret virus, inficerer omkring 50 millioner mennesker hvert år og dræber 22.000. Udbrud i Indien og Taiwan i år har resulteret i tusinder af infektioner og et par dusin dødsfald. Der er ingen behandling for dengue og ingen vaccine, der er fuldstændig effektiv.
Relateret indhold
- Kunne GM-myg bane vejen for en tropisk virus at sprede?
- Et konservativt skøn for infektioner med voldsomme feber i Indien: 37 millioner hvert år
To hold af forskere, det ene ved Australiens universitet i Queensland og det andet ved University of California, Berkeley, synes, de har fundet hemmeligheden bag dengues virulens: et enkelt protein, kaldet ikke-strukturelt protein 1 eller NS1, der fungerer som de giftstoffer, der frigives af bakterielle infektioner. Undersøgelserne er i denne uges nummer af Science Translational Medicine .
Dengues symptomer inkluderer feber, udslæt, muskelsmerter og skader på blodkarene, hvilket får dem til at lække plasma. I alvorlige tilfælde kan væsketabet være dødbringende, og sygdommen i sin mest alvorlige form kan blive dengue-hæmoragisk feber, hvilket forårsager kvalme, opkast og blødning eller blå mærker under huden.
De fleste mennesker er bare nødt til at komme sig, og derefter har de immunitet mod en af de fire stammer af virussen. Men det var ikke klart, hvordan den hæmoragiske form af sygdommen forårsagede den skade, der dræbte patienter. "Det drejer sig mest om, at du får lækage ud af dine kapillærer og kredsløbssystem, " siger Eva Harris, en professor i infektionssygdomme og virologi, der ledede University of California, Berkeley team. "Hvis væskerne ikke genopfyldes, går du i dekompenseret chok."
Paul Young, hovedprofessor ved School for Chemistry and Biosciences ved University of Queensland, og hans team fandt den mekanisme, hvormed NS1 fungerer, mens Harris 'var i stand til at isolere selve proteinet og bruge det til at vaccinere mus.
Dengue var ikke altid et sådant problem; for et århundrede siden var det begrænset til meget få steder i troperne. Anden verdenskrig ændrede det, fordi myggen, der bærer den, Aedes aegypti, blev transporteret over hele verden på lasteskibe. Hvor dengue engang havde brug for visse dyr til at sprede sig, afhænger det nu af mennesker. Young bemærkede, at mennesker effektivt er en vektor for dengue hos myg. Aedes aegypti kan lide at opdrætte i små kroppe af stille vand - kiddie pools, skraldespand låg og endda gulvet i et badeværelse. Hunnene bider også meget.
Forskere antagede allerede, at alvorlige tilfælde var forårsaget af en overaktiv immunrespons. Dengue, som alle vira, reproduceres ved at overtage maskiner fra værtsceller. I dengues tilfælde er det celler, kaldet dendritiske celler, der advarer kroppen om infektion. Infektionen stimulerer cellerne til at producere cytokiner, små proteiner, der er en del af den inflammatoriske respons. Dette er normalt ikke dødbringende.
En anden infektion, dog med en anden stamme af dengue, vil fejle indføre immunsystemet. Antistoffer fra den første infektion knytter sig til den nye stamme af dengue, fordi den ligner den første. Men den nye stamme er lidt anderledes, så antistofferne kan ikke neutralisere virussen fuldstændigt. I stedet tillader de virussen at knytte sig til T-cellerne, der normalt dræber den, og som spreder virussen yderligere, hvilket øger den virale belastning på patienten.
Denne animation forklarer, hvordan sygdomme som dengue overføres. Kredit: C. Schaffer / AAAS.Resultatet er mere cytokinproduktion. En af funktionerne ved cytokiner er at gøre væggene i blodkar mere gennemtrængelige, og overproduktion gør dem lækkende. Dette er grunden til, at anden infektion ofte fører til alvorlige former for sygdommen og blødning. Små pletter af blod vises på en patients hud, og større lommer af blod samler sig under huden.
Mysteriet var, hvilket bestemt protein var involveret, og hvordan det virkede. Det var her Youngs team kom ind. I begyndelsen af 2000'erne havde teamet udviklet en måde at teste for dengue ved at måle koncentrationer af NS1-proteinet i blodbanen.
"Hvad vi fandt i en undersøgelse i Thailand var, at hvis patienter havde høje niveauer af NS1, var de mere tilbøjelige til at gå videre til en alvorlig sygdom. Vi troede, det var bare en virusinfektionsmarkør, " siger Young. "Men så spurgte vi, om det havde en direkte virkning i sig selv."
De besluttede at se nærmere på NS1. Det var da de fandt, at det binder til et andet molekyle, kaldet vejafgiftslignende receptor 4 (TLR4). Det giver det mulighed for at binde til cellerne i blodkarvæggene, kaldet endotelceller. NS1 stimulerede også immunceller til at frigive cytokiner - den overaktive inflammatoriske respons. NS1 virkede meget som et bakterietoksin.
Young siger, at NS1-fundet betyder, at det til behandling af dengue muligvis er muligt at bruge eksisterende stoffer. Nogle versioner af dem, der behandler sepsis, for eksempel, fungerer muligvis.
NS1 aktiverer direkte musemakrofager og humane immunceller via den medfødte immunreceptor TLR4. Udskilt NS1 inducerede en dosisafhængig stigning i pro-inflammatoriske cytokiner, hvilket forstyrrede endotelcelle monolagsintegritet og førte til vaskulær lækage. Blokade af TLR4, enten af en antagonist eller et antistof mod NS1, opretholdt endotelintegritet og inhiberede vaskulær lækage. (H. McDonald / Science Translational Medicine) Det næste spørgsmål var, om man kunne stoppe det. Harris 'team kiggede mere direkte på NS1's rolle i dengue-infektion. De eksperimenterede på mus og inficerede dem med dengue og derefter med proteinet i sig selv. De brugte NS1 fra alle fire stammer af dengue.
Forskerne fandt, at musene i begge tilfælde udviklede antistoffer. De opdagede også, at NS1 alene kan føre til, at blodkarene lækker væske. "Vi troede, at proteinet måske havde en rolle i vaskulær lækage, " siger Harris.
Mus, der fik en lille mængde NS1, som udviste en immunrespons, syntes at være beskyttet mod virussen. Årsagen, siger Harris, er, at antistofferne binder til selve proteinet snarere end en specifik virusstamme, og NS1, der er produceret af alle fire dengue-stammer, er den samme.
Beskyttelsen mod virussen var ikke 100 procent på tværs af de forskellige stammer af dengue (kaldet DENV1, DENV2, DENV3 og DENV4). I deres undersøgelse fandt Harris 'team, at når beskyttet mod NS1 fra DENV2, var beskyttelsen 100 procent fra denne stamme. Det var 75 procent fra DENV1 og 60 procent fra DENV3 og DENV4.
De testede derefter proteinet og virussen på humane lungendotelceller i kultur. De så, at NS1 ikke var i stand til at skade cellerne, når TLR4-proteinet blev blokeret - mere bevis på, at NS1, der forårsager vaskulær lækage hos mennesker.
Harris bemærker, at deres arbejde kombineret med resultaterne fra Youngs team om, at TLR4-links dengue til andre celler, giver vigtige indsigter. "Hvis vi kan målrette mod TLR4, har vi en ny måde at lave en terapi på, " siger hun ud over en vaccine.
Der er stadig meget, der skal gøres, siger hun. Mens de ved, at NS1 er den skyldige, er det endnu ikke klart, hvilket specifikt stykke NS1 er det, der genererer de rigtige antistoffer og skader celler. Hun bemærker, at West Nile Virus også har NS1 og opfører sig forskelligt. "NS1 har en hel masse roller, der ikke er godt forstået, " siger hun.
Når det er sagt, kan det nye arbejde tilføje et andet våben til embedsmænd for folkesundhed til at kontrollere sygdommen; de sædvanlige metoder er fokuseret på at kontrollere myg.
Youngs og Harris 'grupper er ikke de eneste, der arbejder med dengue. Sanofi Pasteur, et firma, der udvikler, fremstiller og leverer vacciner, har en ny vaccine, der er registreret i en række lande; godkendelse til brug kunne komme i løbet af de næste måneder, siger Susan Watkins, senior kommunikationsdirektør. Sanofi-vaccinen bruger en svækket virus (det er faktisk en gul febervirus med en dengue "frakke").
Ifølge en New England Journal of Medicine- undersøgelse beskyttede Sanofi-vaccinekandidaten i gennemsnit 66 procent af frivillige i alderen 9 år og ældre mod alle fire dengue-stammer, og af disse var 93 procent beskyttet mod den alvorlige form af sygdommen. Sanofi-vaccinen tilbyder dog ikke det samme niveau af beskyttelse mod alle fire stammer - mod en type var den kun 42 procent effektiv, mens den var 77 procent effektiv mod en anden.
En anden fordel ved at bruge NS1 som base for en vaccine er, at det overhovedet ikke involverer at bruge virussen. "FDA ville være lykkeligere, hvis vi kunne slå ud stykker af det protein, der forårsager sygdom, og efterlade dem, der giver beskyttelse, " siger Harris.
