Going Micro i Leptospirosis njursjukdom

Abstrakt:Leptospiros är en zoonotisk och vattenburen sjukdom över hela världen. Det är en försummadsmittsam sjukdomorsakad avLeptospiraspp., såväl som ett återkommande sjukdoms- och globalt folkhälsoproblem rörande sjuklighet och dödlighet både hos människor och djur. Leptospiros framstår som en ledandeorsak till akut febersjukdomtillsammans medhepatorenal skadai många länder, inklusive Thailand. Medan de flesta drabbade personer är symtomatiska vid akuta sjukdomar, som alltid är svåra att skilja från andra tropiska sjukdomar, finns det växande bevis på subtila manifestationer som orsakar okända kroniska symtom. Njuren är ett av de vanligaste organen som påverkas av leptospirer. Även om akut njurskada i spektrumet av interstitiell nefrit är en välbeskriven egenskap hos svår leptospiros,kronisk njursjukdomfrån leptospiros diskuteras flitigt. Tidigt erkännande av svår leptospiros leder tillminskad sjuklighet och dödlighet. I den här recensionen lyfter vi därför framspektrum av egenskaperinvolverad ileptospiros njursjukdomoch användningen av serologiska ochmolekylära metoder, såväl som behandlingarna av svår leptospiros.

Nyckelord:akut njurskada;immunsvar; interstitiell nefrit; leptospiros

HUR LÅNGE TAR DET FÖR CISTANCHE ATT ARBETA FÖR NJURSJUKDOMSPATIENTER?

1. Introduktion

Leptospiros är en zoonotisk sjukdom i tropiska och subtropiska områden. Spridningen av leptospirosinfektion sker främst i epidemiområdet under regnperioder och översvämningar. Leptospiros är fortfarande ett stort globalt folkhälsoproblem med ökande prevalens på grund av global uppvärmning och klimatförändringar. Utomhusaktiviteter, såsom forsränning, kanotpaddling, triathlon eller bad i naturliga vattendrag, har rapporterats som riskfaktorer för leptospirosinfektion [1,2], medan yrkesmässiga risker är förknippade med vissa karriärer, inklusive jordbruksarbete, veterinärmedicin, militär, fältarbete forskning och att bo nära en gummiträdsplantage [2,3]. Sjukdomsöverföringen av leptospiros sker oftast från direkt kontakt (särskilt med värdens icke-intakta hudbarriär) med smittsamma sekret (urin) från de infekterade djuren eller bärardjuren samt miljöföroreningar, såsom vatten och jord, där patogen Leptospira kan överleva i flera veckor [2]. Flera vilda djur har rapporterats som reservoarvärdar, men brunråttan (Rattus norvegicus) är den viktigaste reservoaren som rapporterats i många regioner över hela världen [4]. Trots den ofullständiga patogenesen av leptospiros anses samspelet mellan värdens immunsvar och spiroketen (Leptospira-stam) vara avgörande för sjukdomspresentationen i de akuta eller kroniska faserna.

Njuren är huvudmålet för Leptospira i både den akuta och kroniska infektionsfasen. Det kliniska förloppet av svår leptospiros är bifasiska egenskaper [1–4]. För det första penetrerar leptospirer värdens mukokutana barriärer, vilket leder till en immunfas som orsakar överväldigande antikroppsproduktion såväl som urinavfall. Sedan, i immunfasen, elimineras leptospirer från systemiska organ men inte njurar [2]. Därför kan distributionen av leptospirer i njuren under den akuta fasen påverka försämringen av njurfunktionen under den kroniska fasen. Akut njurskada (AKI) efter leptospiros kännetecknas av akut tubulointerstitiell nefrit från antingen immunsvar mot mikrobiella molekyler eller andra faktorer (såsom hyperbilirubinemia eller rabdomyolysinducerad myoglobinuri), åtföljd av renal tubulär mikroinstruktion. Den subakuta och kroniska presentationen av leptospirer i njurproximala tubuli i ett bärartillstånd kan utvecklas till kronisk tubulointerstitiell nefrit (CTIN) och fibros [5]. Följaktligen kan manipulering av värdens immunsvar mot patogenen förhindra kronisk njursjukdom (CKD) och multiorganskada från leptospiros. Av denna anledning bör asymtomatisk leptospiros njursjukdom övervägas för differentialdiagnos av njurfibros och CKD av okända orsaker, särskilt för patienter som bor i epidemiområden.

Njuren är huvudmålet för Leptospira i både den akuta och kroniska infektionsfasen. Det kliniska förloppet av svår leptospiros är bifasiska egenskaper [1–4]. För det första penetrerar leptospirer värdens mukokutana barriärer, vilket leder till en immunfas som orsakar överväldigande antikroppsproduktion såväl som urinavfall. Sedan, i immunfasen, elimineras leptospirer från systemiska organ men inte njurar [2]. Därför kan distributionen av leptospirer i njuren under den akuta fasen påverka försämringen av njurfunktionen under den kroniska fasen. Akut njurskada (AKI) efter leptospiros kännetecknas av akut tubulointerstitiell nefrit från antingen immunsvar mot mikrobiella molekyler eller andra faktorer (såsom hyperbilirubinemia eller rabdomyolysinducerad myoglobinuri), åtföljd av renal tubulär mikroobstruktion. Den subakuta och kroniska presentationen av leptospirer i njurproximala tubuli i ett bärartillstånd kan utvecklas till kronisk tubulointerstitiell nefrit (CTIN) och fibros [5]. Följaktligen kan manipulering av värdens immunsvar mot patogenen förhindra kronisk njursjukdom (CKD) och multiorganskada från leptospiros. Av denna anledning bör asymtomatisk leptospiros njursjukdom övervägas för differentialdiagnos av njurfibros och CKD av okända orsaker, särskilt för patienter som bor i epidemiområden.

Diagnosen leptospiros är också ett viktigt steg mot ett bättre resultat. Även om flera snabba och förbättrade diagnostiska tester för leptospiros nu finns tillgängliga [6], bör negativa resultat inte anses utesluta leptospiros, särskilt i mycket misstänkta fall. Empirisk behandling bör påbörjas samtidigt med misstanke om diagnosen leptospiros eftersom tidig administrering av antimikrobiell terapi kan förhindra att patienter utvecklas till mer allvarliga former av sjukdomen.

2. Epidemiologi

Although the actual incidence of leptospirosis worldwide is not precisely known, the age and gender-adjusted disease morbidity models estimated annually 1.03 million cases and 58,900 deaths worldwide [7], where the highest estimated disease morbidity and mortality were observed in South and Southeast Asia, Oceania, Caribbean, Andean, Central, and Tropical Latin America, and East Sub-Saharan Africa [7]. In Thailand, the incidence of leptospirosis is reported at around 6.6 per 100,000 population, with a 1.5% fatality rate. The northeastern region has the highest incidence (12.5 per 100,000 population), depending on the season, and the highest incidence occurs during the rainy season from August to October each year [8]. According to a recent study by Torgerson et al. [9], a total of 2.90 million Disability Adjusted Life Years, estimated >70% av den globala kolerabördan som uppskattningen av 2010 Global Burden of Disease (GBD) rapporterna [10]. Som sådan verkar leptospiros vara den största zoonotiska relaterade hälsosjukdomsbördan [7]. Dessutom, med den ökande frekvensen av översvämningar på grund av global uppvärmning i både utvecklade länder och utvecklingsländer, är leptospiros inte begränsad till tropiska länder. En annan aspekt av problemet är en semantisk eller epistemologisk fråga eftersom över 50 % av leptospirospatienter med eller utan njurpåverkan är asymtomatiska eller uppvisar milda symtom [11]. Därför är det viktigt att överväga frekvensen av leptospiros hos patienter med infektioner med AKI-inblandning eller de med CKD av osäker etiologi, eftersom leptospiros kan bidra till den okända patogenesen. Komplikationerna av leptospiros kan inkludera multipla organskador i 5–10 % av de totala infekterade fallen [12]. Dessutom orsakar leptospiros AKI, med hastigheter som varierar från 10-88% beroende på definitionen av AKI [13,14]. Riktlinjerna för njursjukdomsförbättrande globala resultat (KDIGO) för AKI 2012 definierar AKI som en förändring av antingen serumkreatinin (SCr) som överstiger 0,3 mg/dL inom 48 timmar eller en ökning av SCr till 1,5 gånger baslinjevärdet inom föregående en vecka tillsammans med minskad urinproduktion (Figur 1). I Teles et al.s [14] retrospektiva studie av 205 leptospirospatienter med AKI klassificerades 55,1 % av patienterna med AKI som KDIGO 3, medan 16,1 % klassificerades som KDIGO 1 och 17,6 % som KDIGO 2. De observerade dock data tycks indikera en hög prevalens av AKI enligt definitionen av KDIGO-kriterierna trots det milda uttrycket av leptospiros. Detta kan bero på överkänslighet av KDIGO-kriterierna, eller en hög förekomst av AKI vid leptospiros oavsett svårighetsgrad. Robust validering av den verkliga förekomsten av AKI i leptospiros med olika definitioner behövs. Riskfaktorerna för leptospiros varierar beroende på land och studieområde och kan klassificeras som yrkesmässiga, beteendemässiga och miljömässiga riskfaktorer. Kamath et al. [15] genomförde en befolkningsbaserad fallkontrollstudie i södra Indien där yrkesfaktorer, såsom utomhusaktiviteter (oddskvot [OR] på 3,95) eller förekomst av skärsår eller sår på kroppsdelar under arbete (OR: 4,88) , och miljöfaktorer, såsom kontakt med gnagare genom livsmedelsförorening (OR: 4,29) eller kontakt med jord eller vatten kontaminerat med råtturin (OR: 4,58), visade sig vara associerade med leptospiros. Samtidigt avslöjade en retrospektiv studie från Thailand att boende nära gummiträdsplantager samt att bada i naturliga vattendrag två veckor före sjukdomen var signifikant associerad med en ökad risk för svår leptospiros jämfört med icke-svår leptospiros (ELLER: 12.{ {45}} respektive 7,25). Noterbart var att de flesta patienter exponerades när de badade i stillastående vatten (41,9 %), långsamt rinnande vatten (29,0 %) och lera (29,0 %) [2]. Dessutom ökar leptospirosfallen när det gäller reserelaterade infektioner. Den uppskattade årliga incidensen av reserelaterad leptospiros i regionen Sydostasien är cirka 1,78 per 100,000 resenärer per år jämfört med en incidens av endemiska fall på 0,06 per 100,000 befolkning per år (risk) ratio [RR] 29,6), vilket huvudsakligen är relaterat till vattenrelaterade aktiviteter [16].

Mekanismerna för proximala tubulära defekter orsakade av Leptospira spp. (A) Illustration av normal fysiologi och de viktiga kanalerna som är involverade i regleringen av intraluminalt bikarbonat, fosfat, sulfat, glukos och aminosyror via aquaporin (AQP)-1-kanalen, natrium-väteväxlare (NHE) 3 ( eller natrium-väte-antiporter 3), och natrium/fosfat-samtransportör (Na/Pi). (B) Leptospira orsakar skada längs proximala tubuli, vilket leder till förändrad reglering av dessa luminala gate-kanaler i både apikala och basolaterala membran, till exempel minskningen av NHE3-, AQP1-kanaler och det minskade uttrycket av -Na+ /K{{7} }ATPas längs de apikala respektive basolaterala membranen. Därför finns det i den luminala delen en ansamling av fritt vatten (som orsakar polyuri), natriumförlust och egenskaper hos Fanconis tubulära dysfunktion, inklusive bikarbonaturi, hyperfosfaturi och glukos

3. Patofysiologi

3.1. Akut njurskada vid leptospiros

AKI är en vanlig manifestation av leptospiros. Njurens inblandning i leptospiros varierar från asymtomatiska urinavvikelser till svår AKI som kräver stödjande dialys. Den vanligaste njurpatologin vid leptospiros är akut tubulointerstitiell nefrit (ATIN), medan hypokalemi och natriumförlust är vanliga laboratoriefynd. Intressant nog är AKI orsakad av leptospiros vanligtvis icke-oligurisk, och hypokalemi står för 45–50% av alla AKI-fall [17]. ATIN från leptospiros kännetecknas av diffust interstitiellt ödem och mononukleär cellinfiltration. Noterbart är glomerulär involvering i leptospiros mindre vanligt. Leptospiros-inducerad vaskulit är sällsynt, med ogynnsamma njurresultat som kan försvagas genom administrering av kortikosteroider [18–21]. Olika mekanismer har föreslagits för icke-oligurisk, hypokalemisk AKI vid leptospiros (diskuteras nedan).

Tubulär dysfunktion och relaterade elektrolytstörningar

Flera tubulära defekter har också rapporterats, såsom bikarbonaturi, glukosuri minskad proximal tubuli-natriumreabsorption och hög utsöndring av fosfat och urinsyra, även känt som Fanconis syndrom [11,22,23]. Reduktioner i natrium-vätebytarisoform 3 (NHE3), som uttrycks tillsammans med aquaporin 1 (AQP1) i det apikala membranet av den proximala tubuli, och en minskning av -Na+/K+–ATPas [24] orsakar flera komplikationer. Hyponatremi vid leptospiros tillskrivs flera orsaker, inklusive ökad natriumförlust i urinen, cellulärt utflöde av natrium från Na+/K+–ATPasdefekter, ökade nivåer av antidiuretiskt hormon (ADH) och återställning av osmoreceptorerna [25]. Följaktligen är kombinationen av de kliniska ledtrådarna för hyponatremi, hypokalemi och icke-oligurisk AKI (eller polyuri) unika egenskaper hos leptospirosnefropati.

Dessutom kan nedreglering av natrium-kalium-2-klorid-co-transportören (NKCC2) i den medullära tjocka stigande extremiteten (mTAL) i öglan av Henle också förklara förlusten av natrium och kalium i urinen [24, 26,27] (Figur 2). Polyuri eller icke-oligurisk AKI som inträffar under det första stadiet av leptospiros kan vara ett annat symptom relaterat till det minskade uttrycket av aquaporin 2 (AQP2) och en urinkoncentrationsdefekt på grund av resistens i den inre märgsamlingskanalen mot vasopressin. Under återhämtningsfasen av AKI ökar uttrycket AQP2 som en kompensationsmekanism [24].

Hypomagnesemi är också vanligt hos leptospirospatienter med AKI från magnesiumförlust [28]. En experimentell studie rapporterade också njurmagnesiumförlust sekundärt till minskad NKCC2 på det apikala membranet av mTAL [27] (Figur 2). Följaktligen bör hypomagnesemi och hypofosfatemi orsakad av hypermagnesuri respektive hyperfosfaturi övervakas noggrant under leptospirosinfektion. Hypomagnesemi från tubulär dysfunktion vid leptospiros kan orsaka dramatiska förändringar i magnesiumhomeostas, som kräver betydande mängder magnesiumersättning, särskilt hos patienter med myalgi, letargi och arytmier. Å andra sidan kan snabb korrigering av hypomagnesemi oavsiktligt öka cirkulerande magnesiumnivåer eftersom leptospiros kan bidra till AKI, vilket kan minska magnesiumclearance. Likaså allvarlig hypofosfatemi (definierad som serumfosfat<1.5 mg/dL) from proximal tubulopathy may contribute to metabolic encephalopathy and myopathy. Accordingly, as per the authors' experience, serum magnesium and phosphate levels should be evaluated every 3–5 days and 1–2 days, respectively, particularly in severe leptospirosis.

Intressant nog kräver leptospirosrelaterad AKI ibland stödjande njurersättningsterapi i den akuta fasen av infektionen. Njurarna kan återhämta sig helt efter den fullständiga kuren av tidig antimikrobiell behandling. Effektiv behandling av leptospiros reverserade tubulär dysfunktion i en in vitro-studie [27]. Leptospirospatienter har också mer gynnsamma resultat med icke-oligurisk än med oligurisk AKI [17].

Figur 2. Illustration av patogenesen av hypokalemi, hypomagnesemi och hypokalcemi vid leptospiros njursjukdom. (A) Natrium-kalium-2-kloridsamtransportör (njurspecifik katjon Cl-kopplad samtransportör, NKCC2) är en viktig samtransportör som upprätthåller homeostasen av intraluminala katjoner och anjoner. (B) NKCC2 fungerar med kaliumkanaler (ROMK) och Paracelliar selektiva proteinkanaler av magnesium (huvud) och kalcium (mindre), kallade claudin 16 och 19, för att upprätthålla intraluminal positiv elektrisk laddning. (C) I likhet med farmakologisk hämning av NKCC2 av furosemid, leder förlust av NKCC2-kontroll på grund av tubulär skada orsakad av Leptospira till förlust av intraluminal positiv elektrisk laddning, vilket orsakar minskad reabsorption av magnesium och kalcium. Sålunda ger låga nivåer av både magnesium (hypomagnesemi) och kalcium (hypokalcemi) i cirkulationen i sin tur positiv feedback (grön pil) och förbättrar kaliumutsöndringen i lumen för att upprätthålla homeostas. Ca/Mg-receptorn är lokaliserad vid det basolaterala membranet som hittills kallas kalciumavkänningsreceptorn (CaSR), som är den molekylära nyckelaktören som är involverad i natrium-, kalium- och kloridtransport genom den tjocka stigande extremiteten. Under hypokalcemi och/eller hypomagnesemi ökar inaktivering av basolateral CaSR ROMK. Så småningom kommer en stor mängd kalium att gå förlorad i urinen

3.2. Leptospiros med systemiskt inflammatoriskt svarssyndrom (SIRS)

Svår leptospiros kompliceras av sepsis och septisk chock [29,30]. I den tidiga fasen är leptospiros relaterad till en överväldigande aktivering av inflammasomer och proinflammatoriska cytokiner, vilket orsakar njurinflammation och efterföljande skada. Leptospira kan hittas i de proximala tubulära cellerna på dag 10 av infektionen, och den kan därefter hittas i tubulär lumen vid dag 14 av infektionen [31]. Dess antigener finns också i de proximala tubulära cellerna, makrofager och interstitium [32].

De yttre membranproteinerna (OMP) av Leptospira innehåller antigena och virulenta föreningar, inklusive lipoproteiner, lipopolysackarider (LPS) och peptidoglykaner, som bestämmer värdens svar. I djurmodeller av sepsis orsakar LPS eller endotoxin skadliga effekter på värden [33,34]. Leptospira LPS, som ligger på OMP, verkar vara det huvudsakliga antigenet som påverkar immuniteten mot Leptospira, och tror att dess funktioner är relevanta för värd-patogen-interaktioner som bestämmer virulens och patogenes. För att belysa mekanismerna för tubuli-interstitiell skada orsakad av Leptospira, extraherades Leptospiral OMP från odlade musnjurepitelceller, som visade uttrycket av en mängd olika gener relaterade till tubulär cellskada och inflammation [35]. Leptospiral OMPs aktiverar nukleär transkriptionsfaktor kappa B (NF-KB), aktivatorprotein -1 och flera nedströmsgener uttryckta i de medullära tjocka stigande extremitetscellerna [35]. LipL32, ett huvudpatogent lipoprotein på OMP, inducerar tubulointerstitiell nefrit-medierat genuttryck i mus proximala tubulära celler och är ett framträdande immunogen under leptospirosinfektion hos människor [36]. Dessutom är LipL32 ett hemolysin som orsakar hemolys av erytrocyter under Leptospira-infektion [37], och det påverkar direkt proximala tubulära celler genom att avsevärt öka gen- och proteinuttrycket av flera pro-inflammatoriska cytokiner, inklusive inducerbar kväveoxid (iNOS), monocyt kemoattraherande protein-1 (MCP-1) och tumörnekrosfaktor- (TNF-). Därför bör identifieringen av nya OMPs av Leptospira förbli ett primärt fokus för att öka kunskapen om leptospiros patogenes och behandling.

Toll-like receptors (TLR) är proteiner som känner igen specifika molekylära mönster av patogener och representerar den första raden av immunförsvarsmekanismer i det medfödda immunsvaret. Effekterna av TLR:er utvärderades för att bestämma om TLR:er kunde mediera det inflammatoriska svaret inducerat av Leptospiral OMP i njurproximala tubulära celler. Intressant nog ökade endast TLR2 men inte TLR4 uttrycket av iNOS och MCP-1. Följaktligen indikerar resultaten att stimulering av iNOS och MCP -1 orsakad av patogena Leptospiral OMPs, särskilt LipL32, i proximala tubulära celler kräver TLR2 (vanligtvis samtidigt uttryckt med TLR1) för det tidiga inflammatoriska svaret [5].

Sedan aktiveras en kaskad av inflammation i de renala tubulära cellerna, eftersom leptospiros inducerar interleukin (IL)-1 och IL-18-utsöndring från mänskliga makrofagceller genom reaktiva syrearter och cathepsin B-medierad-NLRP3-inflammasomaktivering [38]. Andra cirkulationscytokiner och kemokiner, inklusive IL-6, IL-10, monocytkemoattraherande protein-1 (MCP-1) ​​och TNF- [39], produceras också under leptospiros infektion. Akuta cytokin- och kemokinökningar som inträffar hos leptospirospatienter kan orsaka ett skadligt syndrom av sepsis och allvarlig sepsis på grund av en obalans mellan pro- och antiinflammatoriska svar. Ökade nivåer av MCP-1, IL-11 och litet inducerbart cytokin A2 förekommer under leptospiros med trombocytopeni [40]. Dessa fynd tyder på rollen av cytokin- och kemokinproduktion under de akuta och subakuta faserna av leptospirosinfektion. Omvänt kan kronisk inflammasomaktivering vara den väg som leder till njurparenkymfibros eller CKD [41].

AKI efter leptospiros kan således uppstå på grund av akut tubulär nekros (ATN) från ischemi och dålig njurvävnadsperfusion som ett resultat av sepsis och septisk chock. Dessutom är sepsis-associerad AKI (sepsis-AKI) vid leptospiros också möjlig, särskilt hos patienter med en episod med lågt blodtryck. Bevis från både experimentella och kliniska studier visar att septisk chock utvecklas till ett sepsisrelaterat immunsuppressionstillstånd, vilket leder till värdens död på grund av medfödda och adaptiva immunitetsstörningar [42]. Därför kan cirkulerande cytokiner och kemokiner störa immunsvaret vid svår leptospiros; till exempel kan låga cirkulerande neutrofilnivåer vara associerade med nedsatt antimikrobiell aktivitet [43–45].

3.3. Kronisk njursjukdom vid leptospiros

Konsekvenserna av ATIN orsakad av leptospirosinfektion inkluderar tubulär atrofi och interstitiell nefrit i händelse av misslyckad behandling eller ofullständig återhämtning. I ett försök att belysa orsakssambandet mellan Leptospira och njurfibros har effekterna av OMP från patogen Leptospira på produktion och ackumulering av extracellulär matris undersökts [46]. Bindningen av Leptospiral OMP till proximala tubulära celler, HK-2-celler, ledde till en ökning av typ I- och typ IV-kollagener på ett dosberoende sätt. Likaså ökades den aktiva transformerande tillväxtfaktorn (TGF)- 1 två gånger efter tillsatsen av Leptospira OMP, medan anti-TGF- 1-neutraliserande antikroppar dämpade den ökade produktionen av typ I och typ IV kollagen, vilket tyder på deltagandet av TGF- 1 i kaskaden. Detta fenomen bekräftades av den ökade nukleära translokationen av SMAD3 efter administrering av Leptospiral OMP, och överuttryck av den dominant-negativa SMAD3 förhindrade den Leptospiral OMP-inducerade ökningen av typ I och IV kollagenproduktion utan några effekter på metalloproteinasaktivitet [46]. Detta visade effekterna av Leptospiral OMP när det gäller att förbättra extracellulär matrissyntes förmedlad av TGF- 1/SMAD-vägen.

Även om data från både in vitro- och in vivo-studier indikerar risken för kronisk nyrekreatur och njurfibros på grund av leptospirosinfektion [46–48], resultaten från både en metaanalys [49] och en långtidsuppföljning på tre år. upp studien är inkonsekvent, eftersom inga lepleptospirospatienter med dialysberoende rapporterades [50]. Kronisk tubulointerstitiell nefrit (CTIN) är en vanlig lesion associerad med långvarig leptospiros som kan leda till CKD av okänd etiologi och efterföljande njursvikt. Ihållande tubulointerstitiell lymfocytinfiltration kan vara en nyckelfaktor som leder till progression till CKD [50]. Kanske kan TLR vara involverade i AKI-CKD kontinuum i leptospiros eftersom TLR är kända för att vara en nyckelfaktor i det primära svaret på både medfödd och adaptiv immunitet [47] såväl som ischemi-reperfusionsskada, glomerulonefrit och sepsis-AKI . Därför bör ytterligare studier söka identifiera de molekylära faktorer som kan fungera som en farosignal genom att utlösa det inflammatoriska svaret på olika exogena och endogena skadliga stimuli.