Глава 28. ПРИОННЫЕИНФЕКЦИИ

Таблица 28.1.

Актуальность проблемы

Одним из выдающихся научных достижений XX века в области биологии и медицины стало открытие в 1982 году американским молекулярным биологом, профессором Стенли Прюзинером нового типа инфекци- онныхагецтов— прионов.

Мотивационная характеристика темы. Знание темы необходимодля изучения прионныхзаболеваний на многих кафедрах института, таких как инфекционные болезни, психиатрия, эпидемиология, нервные болезни, педиатрия, внутренние болезни. B практической деятельности врача оно необходимодля клинико-анатомической дифференциальной диагностики с медленными вирусными инфекциями и некоторыми соматическими заболеваниями нервной и мышечной систем.

Цель обучения —уметь определять по макро- и микроскопической картине признаки прионных инфекций, объяснить причины и механизм их развития, оценить вероятный исход и определить значение осложнений для организма.

Для реализации этой цели необходимоуметь:

' — определитьотличительныеморфологические

признаки прионных инфекций от вирусных инфекций;

— объяснить морфогенез трансмиссивных спон- гиоформных энцефалопатий человека;

— объяснить морфогенез трансмиссивных спон- гиформных миопатий человека;

— оценить значение осложнений и определить возможные причины смерти.

Прионы — представляютсобой беспрецедентный класс инфекционных агентов, составленных только из измененных белковых молекул хозяина. Прионы не содержат нуклеиновых кислот и,таким образом, отличаются от всех известных микроорганизмов,таких как бактерии, грибки, вирусы и вирусоподобные частицы. После многократных пассажей в культуре было доказано, что патогенные прион-протеины, способные к трансмиссии, являются мутантами клеточной изоформы нормального приона протеина. K настоящему времени установлено 18 различных мутаций гена PrP человека, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Протеин-прион (PrP) представляетсобой сиалог- ликопротеидсмолекулярной массойЗЭООО-35000 дальтон, или 33-35 kD, кодируемый единственным геном, расположенным у человека в 20 хромосоме.

Прионы устойчивы к кипячению в течение 30-60 мин, высушиванию до 2 лет, замораживанию в 3 раза большемучем известные вирусы,химической обработке спиртами, формальдегидом, кислотами, к УФ-облу-

Характеристика устойчивости прионов к различным воздействиям

чению,гамма-излучению,гидролизуферментами. Наиболее эффективные воздействия оказываются в дозах, которые денатурируют практически все белки. Иначе говоря, из всего живого прион погибает последний.

PrP-c входит в состав наружных клеточных мемб- ран,связан с внешней поверхностью клетокякорем гликолипида и участвует в эндоцитозе и катаболизме клеток. Несмотря на то, что самый высокий уровень концентрации PrP выявлен в нейронах, его могут синтезировать и многие другие клетки организма. Роль нормального протеин — приона (PrP) у здоровых индиви- дуумовещедо конца неизвестна. Прион протеин необходим для нормальной синаптической функции. Предполагается, что прионы принимаютучастие в межклеточном узнавании и клеточной активации. Некоторые считают, что их функцией является подавление возрастных процессов и поэтому прионовые болезни сходны по своим клиническим и морфологическим характеристикам с геронтологическими заболеваниями.

Протеин-прион (PrP) существует в двух формах:

— в виде нормальной, неинфекционной формы, которая встречается в головном мозге, как в норме, так и у инфицированных больных. Эта форма обозначается как клеточный протеинприон, или PrPc;

— изоформа, или PrPsc (от «scrapie» болезнь овец), которая является патологической, инфекционной формой и накапливается в головном мозге только у больных людей И ЖИВОТ-. ных, страдающих спонгиформной трансмиссивной энцефалопатией.

Классификация. 6 настоящее времяучеловека известны две группы заболеваний, вызываемые прионами:

— спонгиформные трансмиссивные энцефалопатии;

— спонгиформный миозит с прион-ассоцииро- ванными включениями.

Наиболее изученными на сегодняшний день являются спонгиформные трансмиссивные энцефалопатии.

Патогенез прионных энцефалопатий. Исходя из установленного факта, что прионные болезниуникаль- ны с генетической и с инфекционной точки зрения, PrusinerS.B. предложил в 1991 годусовременную концепцию патогенеза спонгиформных трансмиссивных энцефалопатий. Суть ее состоит в том, что человек может быть инфицирован прионами двумя способами:

1. Наследственная передача по-Менделю (ауто- сомно-доминантный тип наследования). Однако, это не prima facie наследование, а последовательное — через предварительную генную ауторепликацию инфекционного агента.

2. Трансмиссия инфекционного агента алиментарным или ятрогенным путем.

Прионные заболевания являются одновременно и инфекционными, и наследственными болезнями. Они могутбыть и спорадическими втом смысле,что имеются случаи, в которых не выявляют никакого известного фактора риска,хотя наиболее вероятно, что инфекция была приобретенаодним издвух ранееуказанныхспо- собов. Исходя из современных знаний, трансмиссия прионных энцефалопатий определяется тремя факторами: дозой инфекта, путем инфицирования, видовым барьером.

Доза инфекционного агента, полученная хозяином, зависит от количества ткани инфекта и его вирулентной способности (инфекционный титр). Ho необходимо всегда помнить,что при повторной экспозиции обязательно существует риск кумулятивного эффекта.

Путь инфицирования прионами играет важную роль в развитии заболеваний и имеетсвою определенную иерархию. По степени значимости его можно оп- ределитьвтакой последовательности:

— интрацеребральный;

— интравенозный;

— интраперитонеальный;

— подкожный;

— оральный.

B качестве примера зависимости дозы и пути поступления инфекта служатэксперименты, которые показали, что доза, необходимая для заражения прионами мышей при оральном пути должна быть в 200 000 раз выше, чем при интрацеребральном.

Видовой барьер.Трансмиссия прионныхспонги- формныхэнцефалитовулабораторныхидиких животных длительное время является предметом многочисленных исследований. Замечено, что при первом проявлении болезни у определенного вида животных время инкубации очень длительное, тогда как после первого же пассажа новому хозяину в пределах этого же вида, оно сокращается. B последующих пассажах оно уменьшается еще больше до тех пор, пока не достигнет стабильного периода, характерного для данного вида. Эта устойчивость к прионовой инфекции у различных видов получила название «видовой барьер». Установлено, что для преодоления видового барьера и распространения заражения внутри самого вида необходимы очень высокие дозы инфекта. Однако исследователи обратили внимание на тот факт, что при одинаковой дозе инфекта трансмиссивность подострых спонгиформных энцефалитов в одних случаях (например, скрапи овец) зависит от источников агента, а в других — сразу и от вида донора, и от вида реципиента.

Обнаружено, что при различных способах введения патологических прионов через различные периферические пути, включая брюшную полость, желудок, инфекционныйагентсначалапоявляется в клеткахлим- форетикулярной системы миндалин, тимуса,лимфати- ческихузлов и особенно селезенки. B первую очередь инфектопределяется в В-клеточных зонах. Авторы показали, что дифференцированные B—лимфоциты принимают участие в нейроинвазии прионов. Это, по их мнению, может иметь значение для предупреждения болезни, и использовановтерапевтических целях.

При алиментарном заражении, прионы в Пейе- ровыхбляшкахтонкой кишки проникаютчерез клеточные мембраны во внутренние структуры лимфоидных клеток, откуда в дальнейшем они попадают в другие органы иммунной системы: лимфоузлы,селезенку, миндалины и др. B этих органах возможна частичная репликация прионов. Предполагается, что дендритные клетки являются пермиссивными для периферической репродукции прионов. Из органов иммуногенеза прионы по нервам достигают ближайших аксонов.

После подкожного заражения грызунов прионы выделяются из селезенки (1-я неделя после заражения), изселезенкиилимфатическихузлов (5—13-я неделя), из спинного мозга (13—17-я неделя) и из головного мозга (17—19-я неделя). Установлено,что патологические изменения в мозге появляются на 25-й неделе, а клинические проявления начинают регистрироваться с 34-й недели. Bce пораженные органы содержатдо 10 млн. инфекционных единиц на 1 г, однако в них, за исключением головного мозга, не обнаруживается никаких патологических изменений. По некоторым данным, максимум инфекционностидостигается к40-мудню,т.е. задолго до клинического заболевания,у внешне совершенно здорового животного, когда еще нельзя распознать болезнь и принять меры по профилактике и лечению. Из этого обстоятельства вытекаюттрудности ранней диагностики и опасность передачи цИфекции с продуктами питания.

Экспериментальнодоказано,что репликация при- онового агента может происходить как в нейронах,так и в глиальных элементах. Некоторые авторы считают, что астроциты и другие глиальные клетки, возможно, играютключевую роль в патогенезе прионовой инфекции. Это подтверждается высоким уровнем цитокинов на поздней стадии заболевания. K тому же на линейных мышах,укоторых инфицированы былитолько глиальные клетки, получена морфологическая картина спонгиозной энцефалопатии.

Инфицированность органов иммуногенеза подразумевает перенос инфекционного агента с кровью. Однако, ни в инкубационном периоде, ни в преклинической стадии, ни даже в разгар болезни пока не находят биологических сдвигов в периферической крови.

После внутрицеребрального внедрения B животный организм прион-протеина PrP-Sc,oH начинает избирательно накапливаться в мозге. Имеются доказательства существования транспорта PrP-c и PrP-Sc вдоль аксонов. Большинство клеточных прионов протеина присоединяются к внешней поверхности мембраны клеток якорем гликопротеидов после прохождения через комплекс Гольджи. Подобно другим протеинам, изоформа прион протеина PrP Sc проходит внутрь клетки через фиссуры, находящиеся на поверхности клетки. B отличие от клеточной изоформы прион протеина PrP Sc накапливается в клетке.

Иммуноэлектронно-микроскопические исследования указывают на то, что накопление PrP(Sc) происходит в структурах вторичных лизосом, содержащих фигуры миелина, богатые фосфолипидами. После повреждения лизосом и гибели клетки прионы заселяют другие клетки. Внутриклеточное накопление PrP-Sc в головном мозге проявляется спонгиформной дистрофией нейронов, гибелью нервной клетки и реактивным астроцитозным глиозом, что и определяетнейроморфо- логию прионовых заболеваний.

Патоморфология прионных энцефалопатий. Нейропатология прионных болезней человека характеризуется 4 классическими микроскопическими признаками:

— спонгиознымизменениями;

— потерей нейронов;

— астроцитозом;

— формированиемамилоидныхбляшек.

Макроскопически во всех случаях прионных энцефалопатий отмечено незначительное уменьшение массы головного мозга, в отдельных наблюдениях отмечена умеренная атрофия извилин, главным образом улиц с пролонгированным течением заболевания.

Микроскопически прионная спонгиформная энцефалопатия характеризуется наличием множества овальных вакуолей (спонгиоз) от 1 до 50 микрон в диаметре в нейропиле серого вещества конечного мозга. Эти вакуоли выявляются в любом слое коры мозга. Они могутбытьотдельными или группами, разделенными на участки. Напарафиновыхсрезах вакуоли выглядятоп- тически пустыми, однако, в некоторых из них при окраске гематоксилином и эозином нередко выявляется мелкая зернистость. Вакуоли могутсливаться в микрокисты (200 микрон и более), в результате чего существенно искажается цитоархитектоника коры. B цитоплазме больших нейронов коры также может выявляться вакуолизация.

Помимо коры спонгиозные изменения нейропи- ля и вакуолизация цитоплазмы нейронов отмечаются по ходу всех полей аммоновых рогов, по ходу зубчатой фасции, в области подкорковых ядер, таламусе и коре мозжечка. Вовлечение в патологический процесс мозжечка является наиболее характерным проявлением этой болезни,хотя степень спонгиоза в нем очень вариабельна. Слияние вакуолей не характерно для мозжечковых повреждений. Спонгиоз чаще представлен микровакуолями диаметром 1-50 микрон, расположенными в молекулярном слое.

Спонгиформные изменения постоянносопровож- даются уменьшением числа нейронов различныхотде- лов коры. B основном страдают нейроны III-VI слоя. B отдельныхсохранившихся нейронах отмечается вакуолизация цитоплазмы, некоторые нейроны сморщены, гиперхромны. Степень выпадения нейронов коррелирует с выраженностью спонгиформных изменений и соответствует длительности заболевания. Описанные признаки сочетаются с пролиферацией клеток астроглии. B пролиферирующих астроцитах обнаружены различные дистрофические изменения, начиная с вакуо-

лизации цитоплазмы и кончая появлением тучныхформ с последующим клазматодендрозом. Миелиновые волокна коры остаются сохранными.

При длительном течении заболевания наиболее выражены вакуолизация и выпадение нейронов, что сопровождается спонгиозным статусом, с широко распространенной во всех отделах грубой вакуолизацией, полным коллапсом цитоархитектоники коры головного мозга в виде нерегулярного искаженного каркаса глиальной ткани с небольшими вкраплениями сохранившихся нейронов. Вообще, чем длительнее течение болезни, тем более явными будут микроскопические изменения. B базальных ганглиях и таламусе выраженная гибель нейронов может сочетаться с глиозом и атрофией. B мозжечке наблюдаются резкие дистрофические изменения вплоть до их гибели в зернистых клетках и клетках Пуркинье. Сохранившиеся клетки Пуркинье гиперхромные, набухшие, сявлениями тигролиза и лизисом ядер. Миелиновые волокна, прилежащие к коре и ядерным группам мозжечка, часто варикозно вздуты, с явлениями фрагментации. Вместес тем, необходимо подчеркнуть, что демиелинизация волокон при всех формах прионных болезней не наблюдается.

Одним из морфологических признаков прионных энцефалопатий является наличие прион-протеиновых (PrP) бляшек, которые обычно видны как округленные эозинофильные структуры. Изучение структуры и топографии PrP бляшек имеет большое как теоретичес- кое,так и практическое значение. Количество,локали- зация и даже микроскопические признаки бляшек ва- риируют в различных формах и типах прионных энцефалопатий. Такие бляшки характерны для болезни Куру. Многие авторы ихтак и называют Kuru-бляшки. Реже они встречаются при спорадической и семейной БКЯ, но очень часто (более 70%) при ее новой форме. B единичных наблюдениях их описывают при семейной фатальной инсомнии.

Очень часто PrP амилоидные бляшки локализуются в клетках зернистого слоя коры мозжечка, но могут также локализоваться в молекулярном слое и в белом веществе. Они, как правило,окружены бледно-розовым ореолом. Интенсивность окрашивания бляшек различна. Возможно, поэтому их не всегда удается обнаружить. Для этого используютстандартные иммуногистохимические методы с PrP антителами. B обнаруженных полимерах протеина, после окраски Конго-рот, при поляризационной микроскопии выявляется зеленоедвой- ное лучепреломление.

Спинной мозг практически визуально сохранен. Лишь иногда отмечаютзначительноеуменьшениечисла мотонейронов. Ни в одном из наблюдений не было выявлено демиелинизации белого вещества спинного мозга. Несмотря на относительно высокую концентрацию прионов, выявляемую в периферических нервах, выраженных структурных изменений в них не наблюдается.

Клиника всех форм прионной энцефалопатии мо- жетбыть представлена разнообразной неврологической симптоматикой, обусловленной вакуолизацией и гибелью нейронов (основной механизм действия прионов на клеточном уровне) практически влюбом отделе серого вещества мозга, включая мозжечок. Типич- нымявляется:

1. Расстройства чувствительной сферы: амнезия различной степени, потеря и извращение чувствительности, выпадение функций органов чувств.

2. Нарушения в двигательной сфере: атаксия, обездвижение, атрофия мышц, в том числе дыхатель- ных.параличи.

3. Нарушения психики: утрата профессиональных навыков,депрессия,сонливость,агрессивность,сниже- ние интеллекта вплоть до полного слабоумия.

При развитии клинических проявлений нет ни признаков воспаления, ни биологических аномалий в крови или в энцефало-арахноидальной жидкости, ни тестов неинвазивных, ни прямых, ни косвенных, позволяющих уверенно поставить диагноз. Электроэнцефалограмма сомнительна. Клинический диагноз подтверждается только при гистопатологическом изучении центральной нервной системьк спонгиоз с вакуолизацией нейронов, пролиферация астроцитов и глии без признаков воспаления и демиелинизации.

Группа прионных подострых трансмиссивных спонгиформных энцефалопатий человека включает:

— болезнь Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ);

— синдром Герстмана-Страусслера-Шейнкера, (ГСШ);

— синдром «фатальной семейной бессонницы» (ФСБ);

— болезнь Куру;

— хроническуюпрогрессирующую энцефалопатию детского возраста или болезнь Альперса.