Hitro in spontano poporodno odstranjevanje Plasmodium Falciparum je povezano z izgonom posteljice
Jul 10, 2023
V parazitemiji pri nosečnicah z zaščitno imunostjo na malarijo Plasmodium falciparum pogosto prevladujejo VAR2CSA-pozitivni okuženi eritrociti (IE). VAR2CSA posreduje sekvestracijo IE v placenti. Domnevali smo, da je predhodno opaženo spontano poporodno odstranjevanje parazitemije pri takšnih ženskah povezano z izgonom posteljice, ki odstrani žarišče sekvestracije VAR2CSA-pozitivnih IE. Ocenili smo parazitemijo in transkripcijo genov pred in kmalu po porodu pri 17 ženskah iz Gane. Naglo zmanjšanje parazitemije po porodu je spremljalo selektivno zmanjšanje transkripcije gena, ki kodira VAR2CSA. Naše ugotovitve zagotavljajo mehanistično razlago za prejšnje opazovanje.
Ključne besede.
pridobljena imunost; VAR2CSA; pfEMP1; placentna malarija; Plasmodium falciparum; nosečnost; var geni; variantno specifično imunost.
Prebivalci območij s stabilnim prenosom parazitov Plasmodium falciparum v otroštvu pridobijo znatno zaščitno imunost proti malariji, kar je opisano v referenci [1]. Membranski protein eritrocitov P. falciparum 1 (PfEMP1) je družina parazitskih antigenov, ki jih kodira približno 60 var genov na genom in posreduje sekvestracijo zrelih okuženih eritrocitov (IE) za gostiteljske vaskularne receptorje, pregledano v referenci [2]. Kljub pomembnosti PfEMP1 pri pridobljeni zaščitni imunosti postanejo ženske na takih območjih med nosečnostjo zelo dovzetne za malarijo. To je bilo povezano z okužbami s paraziti, ki izražajo PfEMP1 tipa VAR2CSA, kar vodi do kopičenja IE v intervilous prostoru, kar povzroča placentno malarijo [2, 3].
VAR2CSA posreduje adhezijo IE na nizko sulfatiran hondroitin sulfat (CSA), gostiteljski receptor, ki je običajno omejen na placento [4]. Receptorsko specifična sekvestracija IE je pomembna strategija preživetja parazitov, saj preprečuje uničenje zrelih IE v vranici [2]. VAR2CSA-pozitivni IE so torej v zelo slabšem položaju glede preživetja pri nenosečih gostiteljicah, VAR2CSA-specifični imunoglobulin G (IgG) pa ni pridobljen pred prvo nosečnostjo [2, 3]. To pojasnjuje visoko dovzetnost nosečnic (zlasti prvorodnih žensk) za malarijo P. falciparum, tudi na območjih s stabilnim prenosom parazitov, kjer se znatna zaščitna imunost pridobi precej preden dosežejo rodno dobo [3]. Pri okužbah s P. falciparum pri nosečnicah dejansko pogosto prevladujejo paraziti, ki izražajo VAR2CSA [5], čeprav pogosto najdemo tudi parazite, ki izražajo druge vrste PfEMP1 (in domnevno sekvestrirajo zunaj posteljice) [6]. Na podlagi tega predlagamo, da je mogoče opredeliti 2 bistveno različni vrsti malarije pri nosečnicah. Ena je placentna malarija, ki jo povzročajo paraziti, ki izražajo VAR2CSA, in ki se pojavlja predvsem pri ženskah z nizko pariteto brez znatne zaščitne imunosti, specifične za VAR2CSA. Druga vrsta je malarija, ki jo povzročajo paraziti, ki izražajo druge vrste PfEMP1 in kjer se IE sekvestrirajo v neplacentnih tkivih. Ta zadnja vrsta ni omejena na nosečnice in se lahko pojavi pri ženskah katere koli starosti. Preprosto odraža vrzeli v variantni (predvsem PfEMP1) specifični imunosti na splošno [7].
Ob upoštevanju teh točk smo domnevali, da prejšnja poročila o spontani razrešitvi parazitemije P. falciparum pri nosečnicah v Afriki v nekaj dneh po porodu [8, 9] odražajo nenadno izginotje žarišča sekvestracije VAR2CSA-pozitivnih IE kot posteljica se med porodom izloči.
METODE
Študijsko mesto in udeleženci
Študija je bila izvedena v 5 zdravstvenih ustanovah (Abura Dunkwa, Biriwa, Mankessim, Moree in Saltpond) v osrednji regiji Gane. Prenos P. falciparum na preučevanem območju je stabilen, vendar z znatnimi sezonskimi variacijami.
Med novembrom 2020 in februarjem 2021 so bile izbrane nosečnice, ki so pisno privolile v sodelovanje v študiji, potem ko so prejele ustne in pisne informacije o njenih ciljih. Ženske s kakršnimi koli zapleti v nosečnosti so bile izključene iz sodelovanja. Čeprav je večina žensk prejela intermitentno preventivno zdravljenje kot del trenutne politike predporodne oskrbe v Gani (dodatna tabela 1), nobena od njih ni prejela nobene oblike zdravljenja proti malariji v času trajanja študije (tj. od tik pred porodom do konca njihovo sodelovanje nekaj dni kasneje). Študijo je odobril institucionalni revizijski odbor na Noguchi Memorial Institute for Medical Research (NMIMR-IRB CPN 005/20-21) in odbor za raziskovalno etiko zdravstvene službe Gane (GHS-ERC 005/08/20).
Odkrivanje in kvantifikacija okužbe s P. falciparum
Okužbo s paraziti P. falciparum so določili s hitrim diagnostičnim testom, z mikroskopijo razmazov krvi, obarvanih z Giemso, in s kvantitativno verižno reakcijo s polimerazo (qPCR), v bistvu kot je opisano prej [10, 11], z uporabo zbranih vzorcev periferne krvi. Za vzpostavitev standardne krivulje, ki omogoča qPCR kvantifikacijo parazitemije, je bila uporabljena DNK, ekstrahirana iz šestih 10--kratnih razredčin in vitro kulture P. falciparum IT4 v obročastem stadiju pri 1 odstotki parazitemije.
Analiza var genske transkripcije
Parasite RNA was preserved in the field and used for quantification of var gene transcript levels essentially as described [11, 12], but using universal 1-step reverse transcription-qPCR (RT-qPCR) kits (E3005X, NEB Inc), a Quant Studio 5 thermal cycler system and fructose-bisphosphate aldolase as endogenous control. Data points were not considered if the cycle threshold (Ct) value for the endogenous control was >30 and/or if the Tm for the var gene amplicon for each pair of primers diverged >2 stopinji od pričakovane vrednosti. Številčnost transkripta je bila izračunana z uporabo 2-ΔCt, kjer je povprečje ΔCt=povprečje para primerjev Ctvar − povprečje Ctendogene kontrole.
Statistična analiza
Povezave med transkripcijo var2csa in kliničnimi spremenljivkami so bile testirane s Spearmanovo rang korelacijo s popravkom za večkratno testiranje. Korelacijo med parazitemijami, odkritimi z mikroskopijo in s PCR, smo ovrednotili s Pearsonovim testom korelacije produkt-moment. Podatki, pridobljeni v različnih časovnih točkah, so bili primerjani z analizo variance ponovljenih meritev (RM-ANOVA) ali z RM-ANOVA na rangih (RM-ANOVA-R), kot je bilo primerno, čemur je sledilo post hoc testiranje za razlike v parih. Za analizo podatkov in vrednosti P je bila uporabljena programska oprema SigmaPlot različice 14 (Systat Inc).<.05 were considered significant.
REZULTATI
Udeleženci študije
Na okužbo s P. falciparum je bilo med porodom pregledanih skupno 377 žensk, ki so privolile. Od teh jih je bilo 15 (40 odstotkov) pozitivnih na parazite z mikroskopom perifernega krvnega razmaza iz prsta, 24 (6,4 odstotka) s hitrim diagnostičnim testom in 50 (13,3 odstotka) s PCR. Na podlagi teh rezultatov je bilo vključenih 17 žensk s hitrim diagnostičnim testom in izbranih za spremljanje 8–16 ur po porodu, 24–48 ur po porodu in 48–72 ur po porodu. Klinične informacije udeležencev študije so povzete v dodatni tabeli 1. Med deležem parazitov, ki prepisujejo var2csa, in katero koli od navedenih kliničnih spremenljivk ni bilo statistično pomembnih povezav.
Poporodna odstranitev parazitemije
V času poroda so bili vsi udeleženci študije parazitski glede na krvni razmaz in/ali qPCR (dodatna tabela 1). Od 8 do 16 ur po porodu se je mikroskopsko zaznavna parazitemija spontano (tj. brez terapevtskega posega) zmanjšala pri 14/17 ženskah (slika 1A). Do 24–48 ur po porodu so se parazitemije še zmanjšale in so bile pri večini žensk zelo nizke ali nezaznavne (P=0,03 v primerjavi s pred porodom, Friedman RM-ANOVA-R). Nadaljnjih 24 ur kasneje so bile vse ženske razen ene brez zaznavne parazitemije (P=0,005 v primerjavi s pred porodom, RM-ANOVA-R). V zvezi s parazitemijami, odkritimi s PCR (slika 1B), so bile poporodne parazitemije bistveno nižje za 24–48 ur in 48–72 ur kot pred porodom (P <.001, RM-ANOVA-R). Ravni so bile tudi znatno nižje 48–72 ur po porodu kot 8–16 ur po porodu (P < 0,001, RM-ANOVA-R). Parazitemije, ocenjene z mikroskopijo in qPCR, so pomembno korelirale (P < 0,001). Ti podatki potrjujejo prejšnja poročila o hitrem in spontanem poporodnem odstranjevanju parazitemije P. falciparum pri ženskah, ki živijo na območjih s stabilnim prenosom tega parazita [8, 9].
Parazitska transkripcija var genov
To identify the likely sequestration focus of the IEs detected, we measured parasite transcription of the PfEMP1-encoding var gene groups. Prior to delivery, var2csa, which encodes VAR2CSA-type PfEMP1 mediating placental IE sequestration [2, 3], was the primary transcript (up to >90 odstotkov celotne transkripcije var) pri ženskah 9/17 in transkripcijo var2csa je bilo mogoče zaznati pri vseh (slika 2 in dopolnilna slika 1). Transkripcija genov var, ki niso povezani s placentno malarijo, je bila tako odkrita (poleg var2csa) pri vseh udeleženkah pred porodom in je prevladovala pri nekaterih ženskah, v skladu s prejšnjimi opažanji [6].
Delež transkriptov var2csa se je zmanjšal med poporodnim spremljanjem pri vseh ženskah (slika 2 in dopolnilna slika 1), vzporedno z zmanjšanjem parazitemij (slika 1). Tako je prišlo do izrazitega premika od transkripcije var2csa pred porodom k transkripciji drugih genov var po porodu. Edine izjeme (med tistimi ženskami, pri katerih so bili na voljo poporodni transkripcijski podatki) so bile udeleženke B213, S003, S001 in B201 (dodatna slika 1). Vendar pa na podlagi opažanja, da so se tudi poporodne parazitemije pri teh ženskah izrazito zmanjšale (slika 1), menimo, da je verjetno, da bi bil ustrezen odmik od transkripcije var2csa viden, če bi bili na voljo podatki iz poznejših časovnih točk. Na splošno so podatki popolnoma skladni s selektivnim izginotjem VAR2CSA-pozitivnih IE, kot smo domnevali.
DISKUSIJA
PfEMP1 je družina proteinov, ki jih intraeritrocitni paraziti P. falciparum izvozijo na površino IE, kjer delujejo kot adhezijski ligandi za različne vaskularne receptorje gostitelja [2]. Ti ligandi so kodirani s klonsko variantno družino genov var s približno 60 člani na genom haploidnega parazita. Geni se prepisujejo in prevajajo na medsebojno izključujoč način, kar zagotavlja, da se na površini IE v danem trenutku izraža le en sam PfEMP1. Vendar pa ima vsak parazit potencial za preklapljanje med svojimi različnimi geni var, kar omogoča spremembe adhezijske specifičnosti IE in antigenskih lastnosti [2].
Proteine PfEMP1 je mogoče združiti in podskupiniti glede na vrsto strukturnih kriterijev, ki vplivajo na njihove funkcionalne značilnosti [2]. Tako skupina A PfEMP1 (kodirana s približno ducatom var genov na genom) posreduje adhezijo IE na gostiteljske receptorje, kot sta EPCR in ICAM-1, in je bila vpletena v patogenezo hude otroške malarije na splošno in cerebralne malarije zlasti [2]. Nasprotno pa se zdi, da je transkripcija genov, ki pripadajo skupini B in C, povezana z nezapleteno malarijo in asimptomatskimi okužbami. Nazadnje, PfEMP1 tipa VAR2CSA, kodiran s samo enim ali nekaj geni var2csa na genom parazita, se funkcionalno in antigensko popolnoma razlikuje od vseh drugih PfEMP1 in je močno vpleten v patogenezo, pa tudi v pridobljeno imunost na placento malarija [2, 3, 13].
Poleg tega večina razpoložljivih dokazov kaže na VAR2CSA kot glavni in verjetno edini verodostojni ligand CSA. Nazadnje je bilo že dokazano, da periferna parazitemija pri nosečnicah z vseživljenjsko izpostavljenostjo P. falciparum vključuje in pogosto prevladujejo IE, ki so pozitivni na VAR2CSA in imajo splošen značilen fenotip placentnih okužb s P. falciparum [5, 13– 15]. Na podlagi tega smo domnevali, da je najbolj verodostojna razlaga za spontano odstranitev parazitemije pri nosečnicah v nekaj dneh po porodu [8, 9] selektivno uničenje vranice VAR2CSA-pozitivnih IE po izločitvi posteljice med porodom, kar učinkovito odstrani njihov sorodni adhezijski receptor.
Tukaj predstavljeni rezultati potrjujejo prej poročano [8, 9] hitro poporodno izločanje periferne parazitemije P. falciparum (slika 1). Poleg tega podpirajo opažanja, da periferna parazitemija pri afriških nosečnicah vključuje in pogosto prevladujejo paraziti, ki prepisujejo var2- csa [6, 15] (slika 2 in dopolnilna slika 1). Najpomembneje pa je, da naši podatki razširjajo ta prejšnja opažanja, tako da prvič zagotovijo prepričljive dokaze za mehanično razlago za hitro poporodno odstranitev perifernih parazitov pri ženskah z naravno pridobljeno imunostjo na malarijo P. falciparum. Poleg številčno zelo majhne in le mejno pomembne razlike v transkripciji var skupine A1 (dodatna slika 2) je bila edina večja in statistično pomembna sprememba v transkripciji var genov po porodu zmanjšana relativna transkripcija var2csa (slika 2B in dopolnilna slika Slika 2).
Naša študija ima omejitve. Velikost vzorca je majhna. To je predvsem zato, ker je uspešno izvajanje intermitentnega preventivnega zdravljenja malarije pri nosečnicah, zaradi česar je placentna malarija veliko manj razširjena in je zahtevalo presejalne preglede številnih žensk, da bi našli primerne udeleženke. Poleg tega so omejene zmogljivosti na našem mestu študije preprečile neposredno oceno specifičnosti adhezijskih receptorjev zbranih IE ali njihovega imunološkega fenotipa. Kljub temu se trenutni dokazi in prejšnje ugotovitve neopazno združujejo.
Za zaključek smo predstavili dokaze, da nenadno izginotje žarišča sekvestracije VAR2CSA-pozitivnih IE, ko je placenta izločena, pomembno prispeva k hitremu in spontanemu poporodnemu očiščenju parazitemije P. falciparum pri ženskah z naravno izpostavljenostjo tem parazitom. Paraziti, ki prepisujejo druge var gene in prikazujejo PfEMP1 tipa ne-VAR2CSA na površini IE, pogosto ne morejo uspevati in povzročati bolezni pri odraslih na endemičnih območjih zaradi zaščitne PfEMP1-specifične imunosti na malarijo, pridobljene v otroštvu [2] . Nadaljevanje poporodnega preživetja IE, ki ni VAR2CSA, lahko dodatno ogrozijo fiziološki procesi, povezani s porodom, kot so vnetni imunski odzivi. Končno bi lahko prispeval nerazkriti vnos zdravil proti malariji tik pred porodom. Ne glede na razlog se je parazitemija po porodu pri nekaterih ženskah izrazito zmanjšala, pri čemer so paraziti, ki prepisujejo var2csa, predstavljali le manjši del parazitemije pred porodom, in ta ugotovitev si zasluži nadaljnjo študijo. Naša študija podpira ključno vlogo PfEMP1 pri pridobljeni imunosti na malarijo na splošno in posebej VAR2CSA pri patogenezi in imunosti placentne malarije.
Dodatni podatki
Dodatna gradiva so na voljo v spletni reviji The Journal of Infectious Diseases. Objavljeni materiali so sestavljeni iz podatkov, ki so jih avtorji zagotovili v korist bralcev, zato niso kopirani in so izključno odgovornost avtorjev, zato je treba vprašanja ali komentarje nasloviti na ustreznega avtorja.
Opombe
Avtorski prispevki.
NGA, MPQ, MFO in LH so prispevali k zasnovi in oblikovanju študije. NGA je izvedla zbiranje vzorcev. NGA, MPQ in LH so izvedli analizo podatkov. NGA, MPQ in LH so pripravili rokopis. Vsi avtorji so prebrali in odobrili končno različico rokopisa.
Zahvala.
Hvaležni smo vsem ženskam, ki so pristale sodelovati v naši študiji. Zahvaljujemo se tudi vsem babicam, zdravnikom, pomočnicam in medicinskim sestram v različnih zdravstvenih ustanovah za pomoč pri zbiranju vzorcev.
Zavrnitev odgovornosti.
Financerji niso imeli nobene vloge pri načrtovanju študije, zbiranju in analizi podatkov, odločitvi o objavi ali pripravi rokopisa. Financiranje za plačilo stroškov objave odprtega dostopa za ta članek je zagotovila Danida.
Finančna pomoč.
To delo je podprla Danida (številka štipendije 17-02-KU za projekt MAVARECA-II), vključno z doktorskim študijem za NGA. Izvajalska agencija za raziskave Evropske komisije je podprla MPQ (številka štipendije 101028915, individualna štipendija Marie Skłodowska-Curie 2020 , projekt PAMSEQ).
Morebitna nasprotja interesov.
Vsi avtorji: Ni prijavljenih nasprotij interesov. Vsi avtorji so predložili obrazec ICMJE za razkritje morebitnega nasprotja interesov. Konflikti, za katere uredniki menijo, da so pomembni za vsebino rokopisa, so bili razkriti.
