Beskyttelse mod infektioner med enterotoksigene Escherichia coli

Introduktion: Enterotoksigene Escherichia coli (ETEC) er en vigtig årsag til sygelighed og dødelighed hos børn i udviklingslande. I 25 år har man i udviklingen af en vaccine mod ETEC fokuseret på vacciner, der er rettet mod koloniseringsfaktor antigener (CF) og det varmelabile enterotoksin (LT). Det er vist, at vacciner med komponenter, som giver immunitet mod LT, til dels beskytter mod diaré som følge af LT-positive ETEC. Derimod er effekten af at medtage CF i vaccinen usikker. For at give en indikation på, hvor stor beskyttelse toksin- og CF-baserede vaccinekandidater kan give, estimerede vi den beskyttende effekt af naturlige ETEC-infektioner.

Materiale og metoder: I en prospektiv kohorteundersøgelse i Guinea-Bissau blev 200 nyfødte børn fulgt ugentligt til de var op til to år gamle. Ændringer i raten af ETEC-infektioner efter en primær ETEC-infektion blev bestemt i en overlevelsesanalyse. Vi bestemte den beskyttelse, som kan tilskrives toksin, CF, og andre faktorer fælles for ETEC med samme toksin-CF-profil.

Resultater: Der var en 47% (95% konfidensinterval, 12-69%) beskyttelse mod nye infektioner af ETEC med samme toksin-CF-profil. Det tilsvarende estimat for CF var -1% (-40-27%). Videre inducerede infektion med LT-positive ETEC beskyttelse mod symptomatisk infektion med ETEC, der var positive for det samme toksin.

Diskussion: Andre antigener end koloniseringsfaktorer har sandsynligvis stor betydning for beskyttende immunitet mod ETEC- infektioner.

Enterotoksigene Escherichia coli (ETEC) er defineret som E. coli , der producerer varmelabile og/eller varmestabile enterotoksiner [1]. Det varmelabile toksin har på det molekylære og patofysiologiske plan et vist slægtskab med koleratoksin. Det kliniske spektrum ved infektion går fra asymptomatisk kolonisering over mild diaré til akut vandig diaré med koleralignende symptomer. ETEC er endemisk i områder med mangelfuld vandforsyning og sanitære anlæg. Infektionerne bidrager til udvikling af underernæring og forårsager millioner af diaréepisoder og flere hundredetusinde dødsfald hvert år [2, 3]. Hårdest ramt er småbørn i udviklingslandene. ETEC er tillige den vigtigste enkeltårsag til rejsediaré [4]. Bekæmpelsen af ETEC består af at forbedre behandlingen af akut diaré, fremme amning og højne hygiejne, sanitet og vandforsyning [5] samt i bestræbelser på at udvikle effektive vacciner. I de seneste 25 år har man fokuseret på at udvikle vaccinekandidater, mod en gruppe overfladeproteiner kaldet koloniseringsfaktorer (CF) og mod de diaréfremkaldende enterotoksiner [6]. De fleste CF er hårlignende strukturer på bakteriens overflade, som bidrager til at fæste bakterien til tarmvæggen (Figur 1) [7]. ETEC producerer et eller to forskellige enterotoksiner og kan danne op til tre forskellige CF. På nuværende tidspunkt er 21 forskellige CF blevet beskrevet. De mest virulente ETEC-stammer ser ud til at producere mindst én type CF [6].

Der er allerede udviklet toksoidbaserede vacciner, som giver en vis beskyttelse mod diaré ved infektioner med ETEC, der producerer varmelabilt toksin (LT) [8]. De to andre toksiner, humane (STh) og porcine (STp) varmestabile toksiner, er små proteiner, som ikke er immunogene, hvilket gør udvikling af en vaccine mod ST-ETEC vanskelig [6]. De fleste vaccinekandidater er baseret på CF-antigener, men det er fremdeles usikkert, i hvor høj grad CF-antigener brugt i en vaccine bidrager til en klinisk relevant immunitet. I en afprøvning af en vaccine, som indeholdt flere af de almindelige CF, blev der tilsyneladende påvist en vis beskyttelse mod alvorlige diaréepisoder, uden at vaccinen beskyttede mod ETEC-diaré generelt [9].

For at bestemme immunitet efter naturlige ETEC-infektioner og dermed etablere et grundlag for udvikling og afprøvninger af vaccinekandidater gennemførte vi en kohorteundersøgelse. Gennem dette epidemiologiske design kunne vi beregne den beskyttelse, som ETEC-infektioner inducerer mod nye infektioner med ETEC, der har samme toksin(er), samme CF og samme toksin-CF-profil.

Materialer og metoder

Undersøgelsen, der blev udført i 1996-1998, var en del af en større kortlægning af tarminfektioner og diaré blandt 200 børn i Guinea-Bissau, Vestafrika. Uafhængig af børnenes sygdomsstatus blev der indsamlet afføringsprøver hver uge [10]. Ved brug af DNA-hybridiserings-teknik blev prøverne analyseret for ETEC, og positive kolonier blev karakteriseret for toksiner og for 18 af 21 kendte CF [11].

For at bestemme naturlig immunitet, estimerede vi ændringen i infektionsraten før og efter, barnet blev inficeret for første gang. Dersom ETEC-infektioner gav immunitet, var det vores forventning, at børn, som havde haft en tidligere infektion, havde mindre risiko for en reinfektion end børn på samme alder, der ikke havde haft tidligere infektion. Vi målte ændringer i ventetider til infektion ved Cox's regressionsanalyse. Modellen estimerede beskyttelsen mod nye infektioner med ETEC, som havde det samme toksin, en eller flere af de samme CF eller den samme toksin-CF-profil. Idet ETEC, som har samme toksin-CF-profil, per definition også besidder samme CF, anvendte vi en statistisk model, som gjorde os i stand til at separere den CF-specifikke fra den toksin-CF-specifikke beskyttelse. Estimatet for den CF-specifikke beskyttelse repræsenterer derfor beskyttelsen mod ETEC, som havde en eller flere af de samme CF, men en forskellig CF-toksin-profil. Tilsvarende repræsenterede estimatet for CF-toksin-profilen beskyttelsen mod ETEC af samme CF-toksin-profil ud over den beskyttende effekt, som CF måtte inducere. For at øge præcisionen af estimaterne beregnede vi den samlede beskyttelse og ikke beskyttelsen for hver enkelt CF og toksin-CF-profil. Beskyttelsesestimaterne er opgivet som hazard ratio (HR) og den procentvise beskyttelse er beregnet som 100 × (1-HR).

Resultater

Der blev undersøgt 11.222 afføringsprøver, hvoraf 1.154 (10,3%) var fra børn med diaré. Der var 1.015 ETEC-infektioner, hvoraf 452 var positive for en elle r flere CF. Der var ingen målbar beskyttelse, som kunne tilskrives CF (HR 1,01; 95% konfidensinterval (CI) 0,73-1,40), mens der var en 47% beskyttelse (HR 0,53; 95% CI 0,31-0,88) mod nye infektioner med ETEC, som var positive for det samme toksin-CF-profil. Kun to af de 66 (14,6%) infektioner, som var ledsaget af diaré, var reinfektioner. Dermed kunne den tilsvarende beskyttelse mod ETEC-diaré ikke bestemmes med tilstrækkelig præcision.

Der var ingen tegn på, at infektionerne inducerede en beskyttelse mod nye infektioner med ETEC, der var positive for det samme toksin. Infektioner med ETEC, som var positive for STp eller STh, beskyttede heller ikke mod symptomatiske infektioner med ETEC, som var positive for hhv. STp eller STh. Derimod gav infektioner med LT-positive ETEC en 45% beskyttelse mod diaré ved nye infektioner med LT-positive ETEC (Tabel 1 ).

Diskussion

I denne kohorte gav ETEC-infektioner en betydelig naturlig immunitet mod infektion med ETEC, som havde den samme toksin-CF-profil som den primære infektion, men det så ikke ud til, at CF bidrog nævneværdigt til denne immunitet. Desuden fandt vi, at det varmelabile toksin LT inducerede beskyttelse mod symptomatisk ETEC-infektion. Dette var forventet, idet det tidligere er blevet påvist, at immunisering med LT- homologe antigener giver en vis beskyttelse ved infektion med LT-positive ETEC [8].

Disse fund har betydning for bestræbelserne på at udvikle en ETEC-vaccine. Bakteriestammer, som besidder samme toksin-CF-profil, er ofte så tæt beslægtet, at de kan opfattes som kloner med mange identiske gener [12, 13]. Derfor er den mest sandsynlige forklaring på vores fund, at der er andre antigener end CF, som har betydning for at udvikle en beskyttende immunitet mod ETEC; antigener, der er tæt korreleret til toksin-CF-profilen. Selv om det kun er gennem afprøvninger af vaccinekandidater, at det endeligt kan afklares, hvorvidt CF kan udvikle en beskyttende immunitet, tyder vores fund på, at ETEC kan besidde andre antigener, som ville give en betydelig bedre beskyttelse end koloniseringsfaktorerne.

Korrespondance: Kåre Mølbak , Epidemiologisk Afdeling, Statens Serum Institut, Artillerivej 5, DK-2300 København S. E-mail: krm@ssi.dk

Antaget: 7. juni 2004

Conflict of interest statement: None declared
This article is based on a study first reported in The Lancet 2003;362:286-91. Reprinted with permission from Elsevier.

Acknowledgments: We thank laboratory personnel at the National Public Health Laboratory (LNSP) in Bissau, and fieldworkers at the Bandim Health Project in Bissau, for their effort; the families who took part in the study for their cooperation and patience; Francisco Dias at LNSP and Herleen M S Grewal at the Department of Microbiology and Immunology, Gade Institute, University of Bergen, Bergen, for provision of laboratory facilities; Michael Perch for contributing to fieldwork; and Jose Rufino Nanque, Thea K Fisher, Rui Cà, and Kai Günther Brandt for support in the laboratory. This study was supported in part by the European Commission-DG Research, FP3-International Cooperation STD Programme (grant TC*-CT94-0311); World Health Organisation (grant V27/181/115); Research Council of Norway (grant 120779/730); Danish Council for Development Research (grants 91010 and 104.Dan.8/717); and L Meltzers Høyskolefond.