Фактори патогенності грибів роду Candida

Гриби роду Candida характеризуються добре вираженими адаптивними властивостями, властивістю до виживання у різноманітних умовах навколишнього середовища та макроорганізму, різноманітними захисними морфологічними та біохімічними властивостями, що дають змогу оптимізувати механізми паразитування, що, у свою чергу, збільшує їх патогенні властивості [9].

Фактори патогенності грибів роду Candida можливо умовно розділити на 5 груп, хоча у організмі, за розвитку патологічного процесу, вони впливають одночасно.

Адгезія Candida spp. до тканин людини. Цей фактор вважається початковою ланкою колонізації цих мікроорганізмів при розвитку кандидозу. Цей процес реалізується завдяки різноманітним механізмам впізнавання грибом тканин хазяїна [6]. Адгезіни — частини поверхні дріжджоподібних грибів, котрі приймають участь у прикріпленні останніх до клітин хазяїна (епітеліоцитам, ендотеліоцитам), мікроорганізмам нормальної мікрофлори, інертним полімерам, а також окремим білкам біологічних рідин, наприклад, слини. Вони відрізняються за специфічністю та дозволяють грибам закріплюватись на різноманітних лігандах не лише тканин організму, але і на пластмасі, що використовується у катетері, трансфузійних системах та ендопротезах.

С.аlbicans обладают множеством адгезинов, имеющих разное химическое строение, кроме этого, для кандид характерно наличие набора адгезинов, участвующих в распознавании отдельного лиганда или клетки хозяина (см.таблицу).(5).

Певні адгезіни по своїх структурі нагадують рецепторні білки самого організму, що не лише збільшують ступінь адгезії, а ще й знижують імовірність виникнення імунної відповіді [11].

Адгезия в системе «макро-микроорганизм» зависит от условий внешней среды, действующей через кандиды, с одной стороны, и влияющей опосредованно через организм хозяина — с другой (5). До механізмів, котрі впливають на цю систему відносять: гідрофобність поверхні збудника, тип поживного середовища та умови вирощування. У свою чергу, на здатність до адгезії клітин макроорганізму впливає гормональний та імунний статус хазяїна. Прикріплення дріжджоподібних грибів до клітин хазяїна ініціює начало процесу колонізації та розвитку інфекційного захворювання [2]. Эта концепция легла в основу идеи предотвращать развитие инфекции путем блокады адгезии кандид к тканям хозяина и/или ингибированием рецепторного аппарата эпителиоцитов (16,20). Такой подход может быть новой профилактической моделью для защиты от кандидозной инфекции (20).

За свідченням деяких авторів здатність окремих видів до адгезії різноманітна, однак, чим вона вище, тим вище вірулентність виду, ця кореляція доведена експериментально. Серед грибів роду Candida виявлено високота низькоадгезивні види. Найбільшою здатністю до адгезії володіє C. albicans, слідом — C. tropicalis, C. parapsilosis, C. glabrata, у той час як C. сrusei проявляє лише незначну або навіть нульову активність [5].

У процесі адгезії грають роль як неспецифічні (гідрофобні контакти), так і специфічні механізми (ліганд — рецепторні взаємодії). Адгезинами можуть бути поверхневі білки, протеїни (aMb2, aXb2, a5b1), молекули, котрі приймають участь у лектиноподібних контактах, а також фібрії. Большинство адгезинов определены как маннопротеины, при этом адгезивными свойствами главным образом обладает их белковый компонент (5). У певних випадках в процесах адгезії приймають участь вуглеводні частини маннопротеїнів клітинної стінки кандид. Більшість адгезинів відмічені як манопротеїни, при цьому адгезивними якостями, головним чином, володіє їх білковий компонент. Выдвинуто предположение, что фактор-6 маннана (антиген) может быть связан с активностью адгезии (20,21,22) Строение соответствующих рецепторов (к адгезинам кандид) на клетках хозяина, по-видимому, зависит от типа клетки и наличия на ее поверхности фукозила, глюкозамина, фибронектина или аргинин-глицин-аспарагина (RGD) (24). Мутантные штаммы, дефицитные по фактору-6 (штаммы серотипа В), проявляют сниженную адгезивность по сравнению с немутантными штаммами (серотип А) (22). Данный факт, возможно, имеет практическое значение: в клинических материалах чаще встречается серотип А, чем серотип В, кроме того, от больных с подавленным иммунитетом чаще выделяется серотип В.

Слід зазначити, що даний збудник інколи використовує опосередковані механізми адгезії. Так, наприклад, у процесі його закріплення на епітеліоцитах можуть бути задіяні молекули слини або відбувається коадгезія з оральними бактеріями — коменсалами, що дозволяє грибам закріпитися та вижити на поверхні ротової порожнини [2]. пролин-содержащие белки слюны способствуют адсорбции кандид на различных поверхностях ротовой полости (12,25,26).

Отдельные виды кандид, такие как С. аlbicans и С. stellatoidea, подобно клеткам человека, способны экспрессировать рецепторы для связывания с iС3b и С3d-молекулами — продуктами расщепления С3-компонента комплемента. Другие виды рода Candida не обнаруживают подобной рецепторной активности. Экспрессия iС3b-рецептора отмечается у различных морфологических форм С. аlbicans, в то время как С3d-рецепторы присутствуют только на гифальных элементах (27,28). iС3bи С3d-рецепторы С. аlbicans относятся к семейству b2-интегринов (семейство клеточных поверхностных молекул, ответственных за адгезию в системах клетка-клетка и клетка-матрикс) и состоят из трансмембранных гетеродимеров с двумя ковалентно несвязанными aи b-частями. Установлено, что iС3b-рецептор С. аlbicans обладает структурным сходством с.

a-цепью CR3-рецептора клеток человека (15,28). iС3b-рецептор способен обеспечивать адгезию грибов к эпителиальным и эндотелиальным клеткам (12,21), что дает возможность предполагать его активное участие в патогенезе кандидозной инфекции.

Рис. 2. Схематическое изображение механизма, при помощи которого рецепторы кандид ковалентно связывают iC3b и предотвращают распознавание последнего CR3-рецепторами нейтрофилов (по B.J. Gilmore, 1998): а — iC3b ковалентно прикрепляется к микроорганизму (механизм опсонизации); б — в этой форме iC3b способен распознаваться рецепторами нейтрофилов; в — iC3b нековалентно прикрепляется к рецептору кандид, в этом случае участки распознавания для CR3-рецепторов нейтрофилов замаскированы

Кроме того, i С3bи C3d-рецепторы кандид обладают функциональной аналогией с соответствующими рецепторами фагоцитарных клеток человека (CR1, CR2, CR3 и CR4)(21,29). Подобная «мимикрия» обеспечивает конкуренцию между рецепторами кандид и фагоцитами за связывание специфических участков iC3bи C3d-молекул системы комплемента (рис. 2). Нековалентный «захват» рецепторами кандид iC3bи C3d-молекул блокирует процесс опсонизации этих микроорганизмов, что снижает эффективность фагоцитоза.

Таким образом, наличие у С. аlbicans и С. stellatoidea iС3bи C3d-рецепторoв представляется новым атрибутом вирулентности и указывает на то, что эти низшие эукариоты могут подражать белкам млекопитающих для эффективного избегания механизмов защиты хозяина. Изучение адгезивных молекул кандид, в частности, обеспечивающих мимикрию, создает основу для разграничения штаммов по вирулентности и выявления потенциальных патогенов (27).

Встановлено, що за відсутності адгезинів ні бактерії, ні гриби не можуть рости та формувати колонії, а якщо немає колонізації, то немає розвитку захворювання.

Наявність протеіназ. На ряду з мінливістю та здатністю до адгезії вірулентність кандид також визначається наявністю різних протеіназ та інших ферментів, що можуть екскретуватися. Після першого етапу взаємодії між дріжджоподібними клітинами та епітеліоцитами господаря починають підключатися фактори, що приймають участь у проникненні (пенетрацї) та розповсюдженні (інвазії) збудника у тканини. Пенетрація та інвазія забезпечується морфологічними змінами від дріжджоподібних форм до гіф продукцією гідролітичних ферментів [9].

Клітини C. albicans декретують фосфоліпазу, ліпазу, фосфомоноестеразу, гексомінідазу та протеолітичні ферменти — аспартіл-протеази (SAP)(12,30,31). Показано, що експресія екзоферментів — протеіназ залежить від штаму, морфології клітин та факторів навколишнього середовища (32). Протеінази Candida spp.- це ферменти, що розщеплюють білок навколо клітини, вони формуються в цитоплазмі, а згодом виходять за межу клітини, у навколишнє середовище. Субстратом для протеіназ C. аlbicans є багато білків організму людини, у тому числі колаген, фібринопектин, сироватковий альбумін та інші білки плазми крові.

Активність протеіназ проти білків покривного епітелію сприяє адгезії, а згодом і пенетрацї гриба через слизові оболонки та шкіру. Дія протеіназ на імуноглобуліни і комплемент перешкоджає захисним реакціям макроорганізму. Є данні про вплив аспартил-протеази на активність процесу адгезії. Наприклад, вони здатні впливати на поверхню дріжджоподібних клітин, модифікуючи їх адгезіни, або, на клітини господаря, вивільнюючи ліганди (32). Доказано, что их продукция может облегчить инвазию посредством разрушения кератина и коллагена (16).

SAP-продукция доказана у патогенных видов Сandida: выраженная энзимная активность обнаружена у C. albicans, C. tropicalis, C.parapsilosis. Другие виды кандид лишены этой активности или проявляют ее только частично. При экспериментальной инфекции SAP-дефицитные мутанты были менее патогенны и не способны к инвазии в ткани (16). Молекулярные и генетические исследования аспартил-протеаз у С. аlbicans показали, что существуют несколько видов, каждый из которых кодируется отдельным геном (30). Кроме того, С. аlbicans может продуцировать гемолитические факторы (33,34).

Крім протеїназ, у кандид є і інші літичні ферменти, важливими серед них вважаються фосфоліпази, що розщеплюють фосфоліпіди. Із фосфоліпідів, як відомо, побудовані всі клітинні мембрани нашого організму. Діяльність фосфоліпаз зв’язують з руйнацією клітинної мембрани у організмі людини, а тому й у участі в адгезії та пенетрацї грибів. C. albicans, C. tropicalis і C. parapsilosis вважаються найбільш патогенними серед видового різноманіття грибів роду Candida. Таким чином, ці види також мають найбільш високу активність протеіназ та фосфоліпаз. Інші види не здатні проявляти вказану активність, або проявляють її лише частково. Це ще раз підтверджує значення літичних ферментів, як важливих патогенетичних факторів при кандидозі. Участь у патогенезі інших відомих ферментів, котрі екскретуються Candida spp.: кислої фосфатази, ліпази, гіалуоронідази та хондроітинфосфотази лише умовно можлива [8].

Одним із патогенних факторів C. albicans є гемолітичний фактор. Розщеплення гемоглобіну призводить до вивільнення заліза, таким чином, знецінюється захисна дія трансферину плазми. Гемолітичний фактор забезпечує гемолітична плазміда Hiy. 9]. Полагают, что подобное свойство кандид способно в ряде случаев облегчить доступ грибам к железу через поврежденную поверхность эритроцитов. (5).

Морфогенез дріжджоподібних грибів у гіфальні елементи. Обнаружение инвазии кандид в ткани служит критерием инфекционного процесса (16).В то же время для носительства характерно присутствие грибов на поверхности эпителия. Инвазия кандид в тканевые структуры осуществляется благодаря механическим и ферментным факторам и сопровождается морфологической трансформацией из дрожжевой в гифальную форму (35). Морфогенез дріжджоподібних грибів у гіфальні елементи також можливо віднести до факторів патогенності, оскільки спостерігається лише за активного розвитку киндидозної інфекції. Інвазія збудника у тканини здійснюється завдяки механічним та ферментативним факторам, а також супроводжується морфологічною трансформацією із дріжджової у гіфальну форми. Трансформація відбувається за умови температурного діапазону 37−40 єС (температура організму потенціально-хворої людини), що стимулює утворення гіфальних форм. (5).

Феномен морфологічної трансформації призводить до реорганізації клітинної стінки на молекулярному рівні та, як результат, призводить до збільшення спектру адгезинів у гіфальних елементів. Важны, по крайней мере, два изменения в клеточной стенке для приобретения гифами более выраженных адгезивных свойств: развитие фибриллярного маннопротеинового покрытия, связанного с внешней поверхностью клеточной стенки, и наличие специфических маннопротеинов. Кроме того, мицелиальная трансформация, как указывалось выше, коррелирует с экспрессией рецепторов к C3d-молекулам и усилением экспрессии iC3b-рецепторов, что значительно увеличивает резистентность гифальных форм к фагоцитозу (27).

Гифы способны к тигмотропизму — движению, стимулированному чувствительным контактом ⁵¹. Гифы в тканях распространяются быстрее, чем дрожжевая форма, что также способствует миграции кандид через поврежденные ткани и пенетрации в здоровые ткани (9). Механизм инвазии может быть представлен следующим образом: вначале адгезия осуществляется между дрожжеподобными клетками кандид и поверхностью эпителиоцитов. Затем под влиянием гидролитических ферментов (в частности, аспартил-протеаз) формируются полости в месте прикрепления клетки гриба; начинается трансформация и продуцируются гифы, которые поражают эпителиоциты дистальнее прикрепления дрожжевых форм (36). Фосфолипазы, концентрируясь на концах гиф, обусловливают большую инвазивность этой формы по сравнению с дрожжевой (10,37). Гифальные элементы — крупнее, чем дрожжевая форма, и лишены маннановых адгезинов для контакта с макрофагами (12,38,39), что служит дополнительными атрибутами устойчивости гиф к фагоцитозу. Таким образом, гифальная форма является более агрессивной и патогенной (16). Однако нет окончательных доказательств того, что только она является вирулентной для макроорганизма, поскольку гистологические исследования кандидозных повреждений иногда показывают отсутствие гиф в патологическом материале (12,36).

Формування гіфів полегшує міграцію патогенна через пошкоджені тканини та пенетрацію у здорові тканини. Слід зазначити, що у різних фазах C. albicans виживає при температурі крові, на зовнішніх покривах, у кислотному середовищі шкіри, піхви, верхніх відділах кишечнику та у місці з анаеробною флорою товстого кишечнику [5].

• 4. Иммуномодуляторные механизмы некоторых поверхностных молекул кандид, содействующие снижению активности защитных сил хозяина. Некоторые поверхностные компоненты кандид, по-видимому, обладают иммуномодуляторной активностью. Так, супрессивное действие на Т-зависимые иммунные реакции главным образом связывают с маннаном клеточной стенки (40). В свою очередь, как упоминалось выше, рецепторы кандид к iC3bи C3d-факторам комплемента способны модулировать фагоцитарный ответ (21,28,39).
• 5. Фенотипічне переключення. Дополнительным атрибутом вирулентности является фенотипическое переключение, отмечаемое у отдельных штаммов С. аlbicans (41). Это переключение делает возможной адаптацию к различным и/или изменяющимся условиям и, таким образом, помогает кандидам преодолевать защитные механизмы хозяина. Были обнаружены гены ALS-семейства, которые отвечают за процессы адгезии, и установлено, что контакт C. albicans с эпителиоцитами способен вызывать изменение экспрессии подобных генов (42). При этом может быть изменена степень адгезии, которая коррелирует с патогенностью Candida spp. Варианты внутри видов также могут обладать разной способностью к адгезии (43). Известно, что мутантные штаммы кандид со сниженной адгезивностью проявляют пониженную патогенность in vivo (44). Кроме того, имеются данные о том, что у авирулентных мутантов C. albicans редуцируется способность к iC3bрецепции (45).

Феномен фенотипического переключения рассматривается как аналогия «фазовой трансформации» у бактерий. Установлено, что «master switch» (переключатель) ответственен за выключение одной группы генов и включение других групп, некоторые из которых определяют вирулентность. Контакт со специфической поверхностью активирует группу генов, обеспечивающих синтез факторов, задействованных в адгезии и пенетрации (9). У некоторых штаммов С. аlbicans обнаружена морфологическая трансформация колоний под влиянием питания, что сопровождается изменением морфологии клеток и в ряде случаев — хромосомной транслокацией (46,47). Высокочастотное фенотипическое переключение способно одновременно воздействовать на проявление многих потенциальных факторов вирулентности и может быть генетическим механизмом, позволяющим различным формам С. аlbicans адаптироваться к изменению среды.(5).