Причины и патогенез дифтерии

Входные ворота инфекции - слизистые оболочки ротоглотки, носа, гортани, реже - слизистая оболочка глаз и половых органов, а также повреждённая кожа, раневая или ожоговая поверхность, опрелости, незажившая пупочная ранка. В месте входных ворот коринебактерия дифтерии размножается и выделяет экзотоксин.

Происходят выпотевание экссудата, богатого фибриногеном, и превращение его в фибрин под влиянием тромбокиназы, освободившейся при некрозе эпителиальных клеток. Образуется фибринозная плёнка - характерный признак дифтерии.

Бессимптомное носоглоточное носительство распространено в регионах, эндемичных по дифтерии. У восприимчивых людей токсигенные штаммы вызывают заболевание, размножая и выделяя дифтерийный токсин в носоглотке или поражениях кожи. Дифтерийное поражение часто покрыто псевдомембраной, состоящей из фибрина, бактерий и воспалительных клеток. Токсин дифтерии может быть протеолитически расщеплен на два фрагмента: N-концевой фрагмент A (каталитический домен) и фрагмент B (трансмембранный и рецепторсвязывающий домены). Фрагмент А катализирует НАД + -зависимое АДФ-рибозилирование фактора элонгации 2, тем самым подавляя синтез белка в эукариотических клетках. Фрагмент B связывается с рецептором клеточной поверхности и облегчает доставку фрагмента A в цитозоль.

Защитный иммунитет включает реакцию антител на дифтерийный токсин после клинического заболевания или на дифтерийный токсин (токсин, инактивированный формальдегидом) после иммунизации.

Колонизация

Мало что известно о факторах колонизации C. diphtheriae. Однако очевидно, что факторы, помимо выработки дифтерийного токсина, способствуют вирулентности. Эпидемиологические исследования показали, что данный лизотип может сохраняться в популяции в течение длительных периодов времени. Позже он может быть заменен другим лизотипом. Возникновение и последующее преобладание нового лизотипа в популяции предположительно связано с его способностью колонизировать и эффективно конкурировать в своем сегменте экологической ниши носоглотки. Corynebacterium diphtheriae может продуцировать нейраминидазу, которая расщепляет сиаловую кислоту с поверхности клетки на ее компоненты пируват и N-ацетилнейраминовую кислоту. Корд-фактор (6,6'-ди-O-миколоил-α, α'-D-трегалоза) является поверхностным компонентом C. diphtheriae, но его роль в колонизации человеческого хозяина неясна.

Производство токсинов дифтерии

Структурный ген токсина дифтерии, tox, принадлежит семейству близкородственных коринебактериофагов, из которых β-фаг наиболее изучен. Регуляция экспрессии дифтерийного токсина опосредуется репрессором, активируемым железом, DtxR, который кодируется геномом C. diphtheriae. Выражение токсина зависит от физиологического состояния C. diphtheriae. В условиях , в которых железо становится роста ограничение скорости подложки, железа диссоциирует от DtxR, то токсикодендрон ген становится активируются, и дифтерийный токсин синтезируется и секретируется в культуральную среду при максимальных скоростей.

Токсин дифтерии необычайно мощный; для чувствительных видов (например, людей, обезьян, кроликов, морских свинок) всего от 100 до 150 нг / кг массы тела является летальным. Токсин дифтерии состоит из одной полипептидной цепи из 535 аминокислот. Биохимический генетический и рентгеноструктурный анализ показывают, что токсин состоит из трех структурных / функциональных доменов:

• N-концевой АДФ-рибозилтрансферазы (каталитический домен);
• область, которая облегчает доставку каталитического домена через клеточную мембрану (трансмембранный домен);
• домен связывания рецептора эукариотических клеток.

После мягкого переваривания трипсином и восстановления в денатурирующих условиях дифтерийный токсин может быть специфически расщеплен в его чувствительной к протеазе петле на два полипептидных фрагмента (A и B). Фрагмент A представляет собой N-концевой компонент токсина 21 кДа и содержит каталитический центр ADP-рибозилирования фактора элонгации 2 (EF-2) 

Ленточная диаграмма рентгеновской кристаллической структуры мономерного нативного дифтерийного токсина. (модифицировано из Bennett MJ, Choe S, Eisenberg D: Domain swapping: Entangling aliances между белками. Proc Natl Acad Sci, USA, 91: 3127, 1994). Показаны относительные положения каталитического, трансмембранного и рецептор-связывающего доменов. Интактный токсин может расщепляться трипсиноподобными протеазами на Arg190, Arg192 и / или Arg193, которые расположены в чувствительной к протеазе петле (PSL). После восстановления дисульфидного мостика между Cys186 и Cys201 токсин может быть разделен на фрагменты A и B. Показаны аминоконце (N) и карбокси-конец (C) интактного токсина. Ленточная диаграмма была создана с помощью программы MOLESCRIPT.

С-концевой фрагмент, фрагмент B, несет трансмембранный и рецепторсвязывающий домены токсина.

Отравление одиночной эукариотической клетки дифтерийным токсином включает, по крайней мере, четыре различных этапа:

1. связывание токсина с его рецептором на клеточной поверхности;
2. кластеризация заряженных рецепторов в покрытые ямки и интернализация токсина посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза; после подкисления эндоцитарной везикулы с помощью ассоциированного с мембраной, управляемого АТФ протонного насоса,
3. встраивание трансмембранного домена в мембрану и облегченная доставка каталитического домена в цитозоль, и
4. АДФ-рибозилирование EF-2, что приводит к необратимому подавлению синтеза белка.

Было показано, что одной молекулы каталитического домена, доставленной в цитозоль, достаточно, чтобы быть летальным для клетки.

Схематическая диаграмма дифтерийной интоксикации чувствительной эукариотической клетки.

Токсин связывается со своим рецептором на клеточной поверхности и интернализуется посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза; при подкислении эндосомы трансмембранный домен встраивается в мембрану везикул; каталитический домен доставляется в цитозоль, что приводит к ингибированию синтеза белка и гибели клетки.