Espanjantauti, eli suuri influenssapandemia 1918-1920

Saatteeksi

Espanjaninfluenssa, joka tunnetaan myös nimillä espanjantauti, suuri influenssaepidemia tai vuoden 1918 influenssapandemia, oli poikkeuksellisen tappava maailmanlaajuinen pandemia, jonka aiheutti H1N1-influenssan A-alatyyppi.

Varhaisin dokumentoitu tapaus havaittiin maaliskuussa 1918 Kansasissa, Yhdysvalloissa. Tartuntoja rekisteröitiin huhtikuussa Ranskassa, Saksassa ja Isossa-Britanniassa. Kaksi vuotta myöhemmin lähes kolmasosa maailman väestöstä eli arviolta 500 miljoonaa ihmistä oli saanut tartunnan neljässä peräkkäisessä aallossa.

Maltilliset arviot espanjantautiin kuolleista vaihtelevat 17 miljoonasta 50 miljoonaan, mutta joidenkin arvioiden mukaan espanjantauti aiheutti jopa 100 miljoonan ihmisen kuoleman, mikä tekee siitä yhden kirjoitetun historian tappavimmista pandemioista. Vertailun vuoksi: SARS-CoV-2-epidemia on aiheuttanut yli 272 miljoonaa vahvistettua tartuntaa ja 5,3 miljoonaa kuolemaa. The Economist arvioi hiljattain, että todelliset luvut ovat moninkertaiset ja koronaan kuolleita voi olla jo yli 20 miljoonaa.

Nimi ”espanjalainen flunssa” on harhaanjohtava [6]. Pandemia puhkesi hieman ennen ensimmäisen maailmansodan loppua ilmeisesti Yhdysvalloissa. Sodanajan sensuurit tukahduttivat huonot uutiset sotaa käyvissä maissa moraalin ylläpitämiseksi, mutta sanomalehdet raportoivat vapaasti uudesta epidemiasta neutraalissa Espanjassa. Nämä uutiset loivat väärän kuvan Espanjasta uuden epidemian episentrumina, joten Espanjan ulkopuolelinen lehdistö otti käyttöön nimen ”espanjalainen flunssa”.
Rajalliset historialliset epidemiologiset tiedot tekevät pandemian maantieteellisestä alkuperästä epäselvän, ja alkuperäisestä leviämisestä on kilpailevia hypoteeseja [2].

Suurin osa influenssaepidemioista tappaa erityisesti vanhoja ja sairaita, mutta tämä pandemia aiheutti epätavallisen korkean nuorten aikuisten kuolleisuuden [7].

Tutkijoilla on joitain selitysmalleja tämän pandemian vakavuudelle ja nuorten korkealle kuolleisuudelle:

  • 6 vuoden ilmastopoikkeama vaikutti taudinaiheuttajien kulkeutumiseen ja lisääntyneeseen leviämiseen vesistöjen kautta [8].

  • Virus oli nuorille tappavavampi, koska se laukaisi sytokiinimyrskyn, joka tuhosi nuorten aikuisten vahvemman immuunijärjestelmän [9]. Yleisesti infektio ei ilmeisesti ollut aggressiivisempi kuin aiemmat influenssakannat [10][11].

  • Aliravitsemus, ahtaat lääkärileirit ja sairaalat sekä huono hygienia, joita sota pahensi, lisäsivät bakteeriperäistä superinfektiota, mikä tappoi suurimman osan uhreista tyypillisesti pitkittyneen sairauden seurauksena [12][13].

  • Vuoden 1918 espanjantauti oli ensimmäinen kolmesta H1N1-influenssa A -viruksen aiheuttamasta influenssapandemiasta; viimeisin oli vuoden 2009 sikainfluenssapandemia [14][15].

  • Vuoden 1977 venäläisen flunssan aiheutti myös H1N1-virus, mutta se vaikutti enimmäkseen nuorempiin väestöihin [14][16].

  • Käynnissä oleva COVID-19-pandemia, joka alkoi joulukuussa 2019 ja jonka aiheuttaa SARS-CoV-2, on vakavin pandemia sitten espanjantaudin [17].

Influenssan etymologia

Kuva: Etusivu El Sol (Madrid), 28 May 1918: ”Kolmen päivän kuume on aiheuttanut 80 000 tartuntaa Madridissa. Kuningas on sairastunut”

Espanjantautipandemia tunnettiin monilla eri nimillä. Osa nimistä oli vanhoja, osa uusia. Nimiin vaikutti paikka, aika ja konteksti. Vaihtoehtoisten nimien etymologia historiallistaa vitsauksen ja sen vaikutukset ihmisiin, jotka vasta vuosia myöhemmin oppivat, että näkymättömät virukset aiheuttivat influenssaa [18].

Sana influenssa on peräisin italian sanasta influenza joka on johdettu keskiaikaisen latinan sanasta influentia, Sana tarkoittaa ”vierailua” tai ”vaikutusta”. Käsitteet, kuten influenza di freddo, joka tarkoittaa ”kylmän vaikutusta”, ja influenza di stelle, joka tarkoittaa ”tähtien vaikutusta”, olivat todistettavasti käytössä jo 1300-luvulla. Jälkimmäinen viittaa sairauden syyhyn, jonka uskottiin johtuvan epäsuotuisista astrologisista olosuhteista.

Vuodesta 1504 alkaen influenssaksi on kutsuttu minkä tahansa suureen ihmisjoukkoon vaikuttavan sairauden ”vierailua” tai ”epidemiaa”. Vuonna 1743 Italiasta alkaneen ja kaikkialle Eurooppaan levinneen influenssaepidemian aikana sana saavutti englannin kielen, ja sen ääntäminen englantilaistui. 1800-luvun puolivälistä lähtien influenssaa on käytetty viittaamaan myös vakavasta vilustumisesta. Sanan lyhennetty muoto, ”flunssa”, tuli käyttöön ensimmäisen kerran vuonna 1839.

Muita influenssan nimityksiä ovat olleet epidemiakatarri, ranskan kielen la grippe, hikoilutauti ja, varsinkin kun viitataan vuoden 1918 pandemiakantaan, espanjakuume.

Dmitri Ivanovskyn ja sittemmin Ivanovskyn kokeet toistaneen Martinus Baijerinckin tutkimukset tupakkakasvin mosaiikkitaudista johtivat virusten nimeämiseen taudinaiheuttajina 1898, mutta vielä espanjantaudin aikana virusten luonne oli hyvin epäselvä. Influenssan syytä ei tunnettu.

Tieteellisen tiedon puute sai Sierra Leone Weekly Newsin (Freetown) ehdottamaan raamatullista selitystä heinäkuussa 1918 käyttäen kyselyä Exodus 16:sta muinaisen heprean kielellä: ”Yksi asia on varma – lääkärit ovat tällä hetkellä hämmästyneitä. Ehdotamme, että sen sijaan, että he kutsuisivat tautia influenssaksi, heidän pitäisi toistaiseksi kysyä Man hu: ”Mikä se on?” [20][21][22]

Violetti kuolema – sairautta kuvailevat nimet

Influenssan kaltaisten sairauksien puhkeamista dokumentoitiin vuosina 1916–1917 brittiläisissä sotisairaaloissa Étaplesissa Ranskassa [23] ja Englannin kanaalin toisella puolella Aldershotissa Englannissa.

Vuoden 1918 pandemian kanssa yhteisiä kliinisiä indikaatioita olivat oireiden nopea eteneminen kasvojen heliotrooppiseksi syanoosiksi. Tämä tyypillinen sinivioletti syanoosi vanhenevilla potilailla johti nimeen ”violetti kuolema” [24][25][26]. Aldershotin lääkärit kirjoittivat myöhemmin The Lancetissa: ”pneumokokin aiheuttama märkivä keuhkoputkentulehdus, jonka me ja muut kuvailimme vuosina 1916 ja 1917, on pohjimmiltaan vastaava kuin nykyisen pandemian aiheuttama influenssa” [27]. ”Märkivä keuhkoputkentulehdus” ei vielä liittynyt A/H1N1-virukseen [28], mutta se saattoi olla A/H1N1- viruksen esiaste [27][29][30].

Vuonna 1918 ’influenssaepideeminen’ (italiaksi: influenza, influence) sairaus [31], joka tunnettiin tuolloin myös nimellä ’grippi’ (ranska: la grippe, grasp),[32] havaittiin Kansasissa Yhdysvalloissa myöhään keväällä. Varhaiset raportit Espanjasta havaituista tartunnoista rekisteröitiin 21. toukokuuta [33][34]. Molemmista paikoista saadut raportit kutsuivat tautia ”kolmen päivän kuumeeksi” (fiebre de los tres días) [35][36][37].

Vaihtoehtoiset nimet

Monet vaihtoehtoiset nimet ovat eksonyymejä siinä, että uudet tartuntataudit näyttävät vierailta [38][39][40].

Tämä kuvio havaittiin jo ennen vuosien 1889–1890 pandemiaa, joka tunnetaan myös nimellä ”venäläinen flunssa”. Venäläiset kutsuivat epidemia ”kiinalaiseksi katarriksi”, saksalaiset kutsuivat sitä ”venäläiseksi tuholaiseksi”, kun taas italialaiset nimittivät sitä ”saksalaiseksi taudiksi” [41][42]. Näitä epiteettejä käytettiin uudelleen vuoden 1918 pandemiassa uusien epiteettien kanssa [43]. Tuoreempi esimerkki tällaisesta käytännöstä on Donald Trump, joka puhuu koronaviruksesta ”Kiinan viruksena”.

Espanjalainen influenssa

Espanjan ulkopuolella tauti nimettiin Espanjan influenssaksi [44][45]. 2. kesäkuuta 1918 The Times of London -lehti julkaisi Madridin kirjeenvaihtajan artikkelin, jonka otsikkona oli ”Espanjalainen epidemia”. Lehdessä kuvailtiin yli 100 000 uhria tartuttanutta ”tuntematonta tautia ja sen selvästi kauhistuttaa luonnetta” viittaamatta suoraan ”espanjalaiseen influenssaan” [46].

Kolme viikkoa myöhemmin The Times raportoi, että ”Kaikki pitävät sitä ”espanjalaisena influenssana tänä päivänä ” [47]. Pian tämän jälkeen The Timesissa ilmestyi Formamint-tablettien mainos ”espanjalaisen influenssan” estämiseksi [48] [49].

Kun tieto saapui Moskovaan, Pravda ilmoitti: ”Ispánka (espanjalainen nainen) on kaupungissa”, mikä teki ”espanjalaisesta naisesta” taudin toisen yleisen nimen [50].

Epidemia ei alkanut Espanjasta [51], mutta taudista raportointiin vaikutti sotaa käyvien maiden sodanaikainen sensuuri. Espanja oli neutraali maa, jolla ei ollut sota-aikaista propagandakoneistoa moraalin tukemiseksi [52][53], joten espanjalaiset sanomalehdet raportoivat vapaasti epidemiavaikutuksista, kuten kuningas Alfonso XIII:n sairastumisesta, mikä vahvisti mielikuvaa Espanjasta epidemian keskuksena [54]. Sotasensuuri oli niin toimivaa, että Espanjan terveysviranomaiset eivät tienneet, että epidemia aiheutti sairastumisia myös sen naapurimaissa [55].

Lokakuussa 1918 Journal of the American Medical Associationille osoitetussa ”Madridin kirjeessä” espanjalainen virkamies protestoi: ”Olimme yllättyneitä kuullessamme, että epidemia koettelee muitakin ja että tautia kutsutaan ”espanjalaiseksi otteeksi (grip)”. . Ja miksi espanja? …tämä epidemia ei syntynyt Espanjassa. Tämä on kirjattava historialliseksi todisteeksi” [56]. Mutta ennen kirjeen julkaisua, The Serbian Newspaper (Korfu) kirjoitti: ”Monet maat ovat syyttäneet tämän vieraan alkuperästä toisiaan. Jossain vaiheessa he sopivat syyttävänsä epidemian alkuperästä ystävällistä ja neutraalia Espanjaa…” [57].

Kuva: ”Espanjalainen influenssa,” ”kolmen päivän kuume, Rupert Blue, kirurgi, 28 syyskuuta 1918

Muut eksonyymit

Ranskalainen lehdistö käytti espanjantaudista alun perin nimitystä ”amerikkalainen flunssa”, mutta otti käyttöön ”espanjalaisen flunssan” liittolaisen vihamielisyyden vuoksi [58]. Keväällä 1918 brittiläiset sotilaat kutsuivat tautia ”Flanderin flunssaksi”, kun taas saksalaiset sotilaat käyttivät nimeä ”Flandern-Fieber” (Flanderin kuume) kuuluisan Belgiassa sijaitsevan taistelukentän mukaan, jossa monet sotilaat sairastuivat [43][40] ][59][60].

Senegalissa taudin nimi oli ”brasilian flunssa” ja Brasiliassa ”saksalainen flunssa” [61]. Espanjassa tauti tunnettiin myös nimellä ”ranskalainen flunssa” (gripe francesa) [51][6] tai ”Napolin sotilas” (Soldado de Nápoles) zarzuelan suositun kappaleen mukaan [b][58].

Espanjalainen flunssa (gripe española) on nykyään yleinen nimi Espanjassa[63], mutta se on siellä edelleen kiistanalainen [64][65]. Puolassa se oli ”bolshevikkien tauti”,[61][66] kun taas bolshevikit kutsuivat sitä ”kirgiisitaudiksi”[60].

Jotkut afrikkalaiset kutsuivat influenssaa ”valkoisen miehen sairaudeksi”, mutta Etelä-Afrikassa valkoiset miehet käyttivät myös etnofaulismia ”kaffersiekte” (lit. Neekeritauti) [43][67]. Japani syytti sumopainijoita siitä, että he toivat taudin kotiin ottelusta Taiwanissa kutsumalla sitä ”sumoflunssaksi” (Sumo Kaze), koska kolme huippupainijaa kuoli siellä [68][69][70].

Maailman terveysjärjestön vuonna 2015 julkaistut parhaat käytännöt estävät sosiaalisen leimaamisen. Kulttuurisesti leimaavia nimiä ei enää yhdistetä uusiin sairauksiin. ”espanjalainen flunssa” luetellaan ”vältettävien esimerkkien” alle [71][39][72]. Hyvin tuore esimerkki käytännön muuttumisesta on Intiassa kehittynyt SARS-CoV-2-viruksen ”intialainen variantti”, joka tunnetaan deltavarianttina, ja Etelä-Afrikassa havaittu ”eteläafrikkalainen variantti”, josta käytetään nimeä omikron.

Monet kirjoittajat välttelevät kutsumasta vuosien 1918-1920 pandemiaa espanjan influenssaksi [58] ja käyttävät muunnelmia sanasta ’1918–19/20 flunssa/influenssapandemia’ [73][74][75].

Paikalliset nimet

Joihinkin alkuperäiskansojen kielten endonyymeihin ei sisältynyt syyllistämistä tai uhrien häpeämistä. Tälle pandemialle ominaisia esimerkkejä ovat:

  • pohjois-ndebele: ”malibuzwe” (kysykää taudista),
  • swahili: ”ugonjo huo kichwa na kukohoa na kiuno” (pään, yskän ja selkärangan sairaus)[76],
  • yao: ” chipindupindu’ (tauti, joka johtuu voiton tavoittelusta sodan aikana),
  • otjiherero: ’kaapitohanga’ (sairaus, joka kulkee kuin luoti)[77] ja
  • persiaksi: ’nakhushi-yi bad’ (tuulen sairaus) [78] ][79].

Muut nimet

Tämä epidemia tunnettiin yleisesti myös ”suurena influenssaepidemiana” [80][81] ”suuren sodan” jälkeen (yleinen nimi ensimmäiselle maailmansodalle ennen toista maailmansotaa)[9].

Ranskalaiset sotilaslääkärit kutsuivat tautia alun perin ”taudiksi 11” (maladie onze) [40]. Saksalaiset lääkärit vähättelivät sen vakavuutta kutsumalla sitä ”pseudo-influenzaksi”, kun taas Afrikassa lääkärit yrittivät saada potilaat suhtautumaan tautiin vakavammin kutsumalla sitä ”influenza veraksi” (latinaksi: vera, totta) [ 82].

Lastenlaulu vuosien 1889–1890 flunssapandemiasta [83] lyhennettiin ja mukautettiin hyppynaruloruksi, joka oli suosittu vuonna 1918 [84][85]. Se on metafora ”influenssan” leviävyydestä, jossa nimi leikattiin afereesiin ”Enza” (sanasa influenza)[86][87][88]:

I had a little bird,
its name was Enza.
I opened the window,
and in-flu-enza.

Historia

Aikajana

Ensimmäinen aalto 1918

Kuva: Seattlen poliisit käyttivät valkoisia kangasmaskeja Espanjan flunssapandemian aikana joulukuussa 1918

Perinteisesti pandemian katsotaan alkaneen 4. maaliskuuta 1918, kun Albert Gitchellin, Camp Funstonin armeijan kokin (Kansas, USA), tapaus rekisteröitiin. Joitain tapauksia tosin raportoitiin ennen maliskuuta [89].

Tauti oli havaittu Haskellin piirikunnassa jo tammikuussa 1918, mikä sai paikallisen lääkärin Loring Minerin kirjoittamaan varoituksen Yhdysvaltain kansanterveyspalvelun akateemisen aikakauslehden Public Health Reports toimittajille [9].

Muutaman päivän sisällä Camp Funstonin ensimmäisestä tapauksesta 522 miestä sairastui [90].

11. maaliskuuta 1918 virus oli saavuttanut New Yorkin Queensin [91]. Ennaltaehkäisevien toimien laiminlyöntiä maalis-huhtikuussa kritisoitiin myöhemmin [92]. Kun Yhdysvallat oli liittynyt ensimmäiseen maailmansotaan, tauti levisi nopeasti Camp Funstonista, muihin Yhdysvaltain armeijan varuskuntiin ja Eurooppaan. Taudista tuli epidemia Keskilännen, Itärannikon ja Ranskan satamissa huhtikuuhun 1918 mennessä ja länsirintamalla kuun puoliväliin mennessä [89].

Tämän jälkeen tauti levisi nopeasti muualle Ranskaan, Isoon-Britanniaan, Italiaan ja Espanjaan ja saavutti toukokuussa Breslaun ja Odessaan[89]. Brest-Litovskin sopimuksen allekirjoittamisen (maaliskuussa 1918) jälkeen Saksa alkoi vapauttaa venäläisiä sotavankeja, jotka sitten kuljettivat taudin Venäjälle[93].

Influenssa-aalto saapui Pohjois-Afrikkaan, Intiaan ja Japaniin toukokuussa, ja pian sen jälkeen se oli todennäköisesti levinnyt ympäri maailmaa, sillä Kaakkois-Aasiassa oli havaittiin tartuntoja huhtikuussa [94].

Kesäkuussa ilmoitettiin epidemiasta Kiinassa [95]. Saavuttuaan Australiaan heinäkuussa aalto alkoi laantua [94]. Ensimmäinen influenssa-aalto kesti vuoden 1918 ensimmäiseltä neljännekseltä ja oli suhteellisen lievä [96]. Kuolleisuusluvut eivät olleet merkittävästi normaalia kausi-influenssaa korkeammat [2]. Yhdysvalloissa ilmoitettiin noin 75 000 influenssaan liittyvää kuolemaa vuoden 1918 ensimmäisen kuuden kuukauden aikana verrattuna noin 63 000 kuolemaan samana ajanjaksona vuonna 1915 [97]. Madridissa Espanjassa alle 1 000 ihmistä kuoli influenssaan touko-kesäkuun 1918 välisenä aikana [98].

Karanteeneista ei raportoitu vuoden 1918 ensimmäisellä neljänneksellä. Ensimmäinen aalto aiheutti kuitenkin merkittävän häiriön ensimmäisen maailmansodan sotilasoperaatioissa: kolme neljäsosaa ranskalaisista joukoista, puolet brittijoukoista ja yli 900 000 saksalaista sotilasta sairastui [99].

Tappava toinen aalto alkoi vuoden 1918 toisella puoliskolla

Kuva: American Expeditionary Force. Influenssan uhrit Yhdysvaltain armeijan leirin sairaalassa nro. 45 Aix-les-Bainsissa, Ranskassa, vuonna 1918

Pandemian toinen aalto alkoi elokuun toisella puoliskolla 1918. Se levisi Sierra Leonessa Bostoniin ja Freetowniin Brestistä saapuneiden laivojen kuljettamien amerikkalaisten ja ranskalaisjoukkojen mukana [99].

Boston Navy Yardista ja Camp Devensistä tauti eteni sotilaiden mukana muihin varuskuntiin. Muut Yhdysvaltain armeijan kohteet altistuivat kun joukkoja kuljetettiin Eurooppaan [100]. Joukkojen mukana tauti levisi seuraavien kahden kuukauden aikana koko Pohjois-Amerikkaan ja edelleen Keski- ja Etelä-Amerikkaan saavuttaen myös Brasilian ja Karibian [101].

Heinäkuussa 1918 Ottomaanien valtakunnassa havaittiin ensimmäiset tartunnat [102]. Freetownista pandemia levisi edelleen Länsi-Afrikan läpi rannikkoa, jokia ja siirtomaa-rautateitä pitkin sekä rautateiden päistä syrjäisimpiin yhteisöihin. Etelä-Afrikka vastaanotti toisen aallon syyskuussa. Se saapui Ranskasta syntyperäisiä eteläafrikkalaisia työläisiä kuljettavien laivojen mukana [101]. Se levisi ympäri Etelä-Afrikkaa ja Sambezin ulkopuolelle saavuttaen Etiopian marraskuussa [103].

Syyskuun 15. päivänä New Yorkissa raportoitiin ensimmäinen influenssakuolema [104]. Philadelphia Liberty Loans Parade, jossa edistettiin valtion joukkovelkakirjalainoja sodan menojen kattamiseksi Pennsylvaniassa 28. syyskuuta 1918, johti 12 000 ihmisen kuolemaan sen jälkeen, kun tauti levisi paraatiin osallistuneiden ihmisten keskuudessa [105].

Euroopasta toinen aalto pyyhkäisi Venäjälle ja lounais-Venäjältä koilliseen diagonaalisessa rintamassa. Pohjois-Venäjän intervention* vaikutuksesta toinen aalto levisi Arkangeliin ja edelleen koko Aasiaan. Venäjän sisällissota ja Trans-Siberian rautatie veivät taudin Iraniin (missä se levisi pyhän kaupungin Mashhadin kautta) ja Intiaan syyskuussa sekä Kiinaan ja Japaniin lokakuussa.[106]

*(Pohjois-Venäjän interventio oli osa ympärysvaltojen hanketta, jossa osallistuttiin Neuvosto-Venäjän vastaiseen taisteluun Venäjän sisällissodassa Venäjän valkoisten tukena vuosina 1918–1920. Interventioon osallistuivat Iso-Britannia, Yhdysvallat, Ranska ja Kanada.)

Aselevon (11. marraskuuta 1918) juhliminen aiheutti epidemioita myös Limassa ja Nairobissa, mutta joulukuussa aalto oli pääosin ohi [107]. Vuoden 1918 pandemian toinen aalto oli paljon tappavampi kuin ensimmäinen aalto.

Ensimmäinen aalto oli muistuttanut tyypillisiä flunssaepidemioita; suurimmassa vaarassa olivat sairaat ja vanhukset, kun taas nuoremmat, terveemmät ihmiset toipuivat helposti.

Lokakuussa 1918 kuolleisuus oli suurinta koko pandemian aikana [108]. USA:ssa ilmoitettiin noin 292 000 kuolemantapausta syys-joulukuun 1918 välisenä aikana, kun vastaava luku vuonna 1915 oli noin 26 000 [97]. Alankomaat raportoi yli 40 000 kuolemantapauksesta influenssan ja hengityselinsairauksien vuoksi. Bombay raportoi noin 15 000 kuolemantapauksesta [109]. Vuoden 1918 influenssapandemia oli erityisen tappava Intiassa, jossa arviolta 12,5–20 miljoonaa kuoli pelkästään vuoden 1918 viimeisellä neljänneksellä [96].

Kolmas aalto 1919

Tammikuussa 1919 flunssan kolmas aalto iski Australiaan, jossa se tappoi merikaranteenin poistamisen jälkeen noin 12 000 ihmistä ja levisi sitten nopeasti Euroopan ja Yhdysvaltojen halki, missä se viipyi kesäkuuhun 1919 asti 110][111][107]. Kolmas aalto iski rajuimmin Espanjaan, Serbiaan, Meksikoon ja Isoon-Britanniaan, mikä johti satojen tuhansien sairastuneiden kuolemaan [112].

Taudin kolmas aalto oli vähemmän vakava kuin toinen aalto, mutta silti paljon tappavampi kuin pandemian ensimmäinen aalto.

Yhdysvalloissa yksittäisiä epidemioita esiintyi joissakin kaupungeissa, kuten Los Angelesissa [113], New Yorkissa [1], Memphisissä, Nashvillessä, San Franciscossa ja St. Louisissa [114]. Kaiken kaikkiaan amerikkalaisten kuolleisuusluvut olivat kymmeniä tuhansia vuoden 1919 kuuden ensimmäisen kuukauden aikana [115].

Neljäs aalto 1920

Keväällä 1920 influenssapandemian neljäs aalto vyöryi New Yorkiin [1], Sveitsiin, Skandinaviaan [116] ja eräille Etelä-Amerikan saarille [117]. New York City raportoi 6 374 kuolemantapauksesta joulukuun 1919 ja huhtikuun 1920 välisenä aikana, mikä on lähes kaksi kertaa enemmän kuin kevään 1918 ensimmäisen aallon aikana [1].

Monissa USA:n kaupungeissa tauti oli raju. Detroitissa, Milwaukeessa, Kansas Cityssä, Minneapolisissa ja St. Louisissa kuolleisuus taudin neljänteen aaltoon oli korkeampi kuin vuonna 1918 [118].

Peru koki myöhäisen aallon vuoden 1920 alussa. Japanissa neljäs aalto kesti vuoden 1919 lopusta vuoden 1920 maaliskuulle [119]. Euroopassa saavutettiin myöhäinen huippu nfluenssapandemian neljännen aallon lyödessä viiteen maahan (Espanjaan, Tanskaan, Suomeen, Saksaan ja Sveitsiin) tammi-huhtikuussa 1920 [116].Espanjantauti Suomessa

Espanjantautia esiintyi Suomessa neljässä aallossa muutamien kuukausien välein. Se saapui maahan kesäkuussa 1918 laivojen mukana. Suomi oli saman vuoden alussa käydyn sisällissodan takia sekavassa tilassa, ja tauti levisi nopeasti. Kuolleisuus oli tässä vaiheessa vähäistä. Kesän päättyessä tautikin oli poissa.

Syksyllä 1918 espanjantauti palasi Suomeen entistä rajumpana tappaen runsaasti aikuisväestöä. Mitään tehokasta lääkitystä ei tuohon aikaan ollut, vaan helpotukseksi tarjottiin esimerkiksi kamferintippoja tai konjakkia. Lääkintähuolto oli muutenkin puutteellista ja lääkäreistä oli pulaa. Kansalaisia neuvottiin välttämään yleisötilaisuuksia ja pesemään käsiään huolellisesti välttääkseen tartunnan. Vuodenvaihteen aikoihin epidemia hiipui jälleen.

Keväällä 1919 Suomeen iski espanjantaudin kolmas aalto, joka oli ankarin muun muassa Helsingissä. Hautoja ei ehditty kaivaa riittävän nopeasti, kun kuolleisuus lisääntyi äkillisesti. Neljäs aalto tammi-helmikuussa 1920 vaikutti voimakkaimmin Lapissa. Inarissa joka kymmenes asukas menehtyi tuolloin espanjantautiin.

Lääkintöhallituksen saamien ilmoitusten perusteella on laskettu, että tautiin sairastui Suomessa yli 90 000 henkilöä vuonna 1918, yli 50 000 vuonna 1919 ja vielä yli 70 000 vuonna 1920 eli yhteensä ainakin 210 000 ihmistä. Espanjantautiin kuoli vuosina 1918–1920 arviolta noin 20 000 suomalaista.

Kuva: Amerikan Punaisen Ristin sairaanhoitajat hoitavat flunssapotilaita väliaikaisilla osastoilla, jotka on perustettu Oakland Municipal Auditoriumiin, 1918.

Pandemian loppu

Vuoteen 1920 mennessä pandemian aiheuttaneesta viruksesta tuli vähemmän tappava ja se aiheutti vain tavallista kausi-influenssaa.[120]

Pandemian mahdollinen alkuperä

Nimestään huolimatta historialliset ja epidemiologiset tiedot eivät pysty varmistamaan vuosien 1918-1920 espanjantautipandemian maantieteellistä alkuperää [2]. Pandemian synnystä on esitetty useita hyvin perusteltuja hypoteeseja. Varmuutta viruksen alkuperästä ei kuitenkaan ole.

Yhdysvallat

Ensimmäiset vahvistetut tautitapaukset olivat peräisin Yhdysvalloista. Historioitsija Alfred W. Crosby totesi vuonna 2003, että influenssa sai alkunsa Kansasista [121]. Kirjailija John M. Barry kuvaili taudin puhkeamista tammikuussa 1918 Haskell Countyssa, Kansasissa, vuoden 2004 artikkelissaan [9].

Evoluutiobiologian professori Michael Worobeyn johtamassa vuonna 2018 tehdyssä kudoslevyjä ja lääketieteellisiä raportteja koskevassa tutkimuksessa löydettiin todisteita Kansasista peräisin olevaa tautia vastaan, koska tapaukset olivat lievempiä ja niissä kuoli vähemmän ihmisiä kuin New Yorkissa saman ajanjakson infektioissa. Tutkimuksessa löydettiin fylogeneettisten analyysien avulla todisteita siitä, että viruksella oli todennäköisesti pohjoisamerikkalainen alkuperä, vaikka tutkimus ei päätynyt konklusiiviseen ratkaisuun.

Viruksen hemagglutiniiniglykoproteiinit viittaavat siihen, että se oli kehittynyt kauan ennen vuotta 1918. Muut tutkimukset viittaavat siihen, että H1N1-viruksen muunnos kehittyi todennäköisesti vuonna 1915 tai sen tienoilla [122].

Kuva: Edvard Munch (1863-1944) – Omakuva espanjantaudissa (1919)

Eurooppa

Kuva: Egon Schiele (1880-1918) – Die Familie (The Family), jonka hän maalasi vaimon kuoleman jälkeen vain päiviä ennen kuin hän itse kuoli [123]

Virologi John Oxford arvelee, että Yhdistyneen kuningaskunnan joukkojen kokoontumis- ja sairaalaleiri Étaplesissa Ranskassa oli espanjantaudin lähtöpaikka [124]. Hän havaitsi, että vuoden 1916 lopulla Étaplesin leiriin oli puhjennut uusi tauti, jonka kuolleisuus oli korkea ja joka aiheutti flunssan kaltaisia oireita [125][124].

Oxfordin mukaan samanlainen influenssaepidemia puhkesi maaliskuussa 1917 armeijan kasarmeissa Aldershotissa [126]. Armeijan patologit tunnistivat myöhemmin nämä varhaiset tautiaallot samaksi taudiksi kuin espanjantauti [127][124]. Etaplesin ruuhkainen leiri ja sairaala olivat ihanteellisia ympäristöjä hengitystieviruksen leviämiselle. 100 000 sotilasta kulki leirin läpi päivittäin; sairaalassa hoidettiin tuhansia myrkkykaasuiskujen uhreja ja muita haavoittuneita.

Etaplesissa oli myös sikala, ja siipikarjaa tuotiin säännöllisesti ympäröivistä kylistä leirin sotilaiden ravinnoksi. Oxford ja hänen tiiminsä uskovat, että linnuissa oleva esiastevirus mutatoitui ja siirtyi sitten rintaman lähellä pidettyihin sikoihin [126][127].

Vuonna 2016 Journal of the Chinese Medical Association -lehdessä julkaistussa raportissa löydettiin todisteita siitä, että vuoden 1918 virus oli kiertänyt Euroopan armeijoissa kuukausia ja mahdollisesti vuosia ennen vuoden 1918 pandemiaa [128].

Politologi (politiikan tutkija) Andrew Price-Smith julkaisi Itävallan arkistojen tietoja, joiden mukaan influenssa alkoi Itävallassa vuoden 1917 alussa [129]. Vuonna 2009 tehdyssä influenssaa ja muita hengityselinten viruksia käsittelevässä tutkimuksessa havaittiin, että espanjantautikuolleisuus saavutti huippunsa samanaikaisesti kahden kuukauden aikana loka-marraskuussa 1918 kaikissa neljässätoista analysoidussa Euroopan maassa, mikä on ristiriidassa sen mallin kanssa, ettå virus olisi kehittynyt Euroopassa ja levinnyt Euroopasta muualle maailmaan [130].

Kiina

Vuonna 1993 Pasteur-instituutin johtava espanjantautiasiantuntija Claude Hannoun väitti, että espanjantaudin esiastevirus oli todennäköisesti peräisin Kiinasta. Se mutatoitui Yhdysvalloissa lähellä Bostonia ja levisi sieltä Ranskaan ja Euroopan taistelukentille, sekä edelleen liittoutuneiden sotilaiden ja merimiesten levittämänä muualle Eurooppaan ja maailmaan [131]. Hanoun piti useita vaihtoehtoisia alkuperähypoteesejä, kuten Espanja, Kansas ja Brest, mahdollisina, mutta epätodennäköisinä [131].

Vuonna 2014 historioitsija Mark Humphries arveli, että pandemian syynä saattoi olla 96 000 kiinalaisen työläisen mobilisointi brittiläisten ja ranskalaisten linjojen takana.

Humphries (Memorial University of Newfoundland St. John’s) perusti johtopäätöksensä uusiin asiakirjoihin. Hän löysi arkistoista todisteita siitä, että marraskuussa 1917 Pohjois-Kiinassa (josta työläiset tulivat) levisi hengityselinsairaus, jonka Kiinan terveysviranomaiset tunnistivat vuotta myöhemmin identtiseksi espanjantaudin kanssa [132][133]. Kudosnäytteitä ei kuitenkaan ole säilynyt vertailevan tutkimuksen tekemiseksi [134]. Kiinalaisten työläisten kulkeman reitin varrelta on säilynyt joitain raportteja espanjantautia muistuttavista tartunnoista. Reitti kulki Eurooppaan Pohjois-Amerikan kautta [134].

Kiina oli yksi harvoista maailman alueista, jossa espanjantautiepidemia aiheutti vain lievän flunssa-aallon. Tutkimukset ovat dokumentoineet verrattain lievän flunssakauden vuonna 1918 [135][136][137]. Vaikka tiedot ovat puutteellisia, tämä on johtanut spekulaatioon, että espanjantauti kehittyi Kiinassa [137][138]. Kiinan pientä influenssakuolleisuutta selittäisi väestön immuniteetti ko. Virukselle [139][137].

Journal of the Chinese Medical Association -lehdessä vuonna 2016 julkaistu raportti ei löytänyt todisteita siitä, että vuoden 1918 virus olisi saapunut Eurooppaan kiinalaisten tai kaakkois-aasialaisten sotilaiden ja työntekijöiden mukana. Sen sijaan löytyi todisteita espanjantautiviruksen leviämisestä Euroopassa ennen pandemian puhkeamista [128].

Vuoden 2016 tutkimuksessa pääteltiin, että kiinalaisten ja kaakkois-aasialaisten työntekijöiden alhainen influenssakuolleisuus Euroopassa (arviolta yksi tuhannesta) tarkoitti sitä, että vuoden 1918 tappava influenssapandemia ei voinut olla peräisin näiltä työntekijöiltä [128].

Lisätodisteena kiinalaisten työntekijöiden levittämää tautia vastaan oli se, että työntekijät saapuivat Eurooppaan monia reittejä pitkin, joiden varrella ei havaittu tartuntoja ja taudin leviämistä, minkä vuoksi kiinalaiset työläiset eivät todennäköisesti olleet alkuperäisiä isäntiä [122].

Influenssaepidemian epidemiologia ja patologia

Tartunnat ja mutaatiot

Kuva: Kun Yhdysvaltain joukot lähtivät suurella joukolla sotimaan Eurooppaan, he kantoivat mukanaan espanjantautia

Viruksen tarttuvuusluku (R0) oli 2–3 [140]. Ensimmäisen maailmansodan aikaiset massiiviset joukkojen liikkeet ja tiiviisti asuneet ihmiset jouduttivat pandemiaa lisäten tartuntoja ja virukseen syntyneitä mutaatioita.

Sota saattoi heikentää ihmisten vastustuskykyä virukselle. Jotkut arvelevat, että aliravitsemus ja taistelujen aiheuttama stressi heikensivät sotilaiden immuunijärjestelmää, mikä lisäsi heidän infektioherkkyyttään [141][142]. Merkillepantava tekijä espanjantaudin maailmanlaajuisessa leviämisessä oli matkustamisen tehostuminen ja lisääntynyt matkustaminen. Modernit kuljetusjärjestelmät (junat, valtamerilaivat) helpottivat sotilaiden, merimiesten ja siviilimatkailijoiden liikkumista ja tehostivat taudin leviämistä.[143]

Espanjantaudin leviämistä tehosti myös sotasensuuri, epidemian julkinen vähättely ja hallitusten valheet, mikä jätti väestön huonosti valmistautuneeksi epidemiaan [144]. Espanjantaudin toisen aallon vakavuuden on katsottu johtuvan ensimmäisen maailmansodan olosuhteista [145].

Siviilielämässä luonnonvalinta suosii lievän sairauden aiheuttavaa viruskantaa: hyvin sairaat jäävät kotiin, ja lievästi sairaat jatkavat elämäänsä levittäen lievempää viruskantaa. Juoksuhaudoissa luonnonvalinta kääntyi päinvastaiseksi. Sotilaat, joilla oli lievä tauti, pysyivät paikoillaan, kun taas vakavasti sairaat lähetettiin täyteen ahdetuissa junissa täpötäysiin kenttäsairaaloihin levittämään tappavampaa viruskantaa. Toisen aallon alettua espanjantauti levisi nopeasti uudelleen ympäri maailman. Espanjantaudista saatujen havaintojen seurauksena terveysviranomaiset etsivät nykyään pandemioissa tappavampia viruskantoja alueilta, joissa tapahtuu sosiaalisia mullistuksia [146]. Sodat ja köyhyys luovat puitteet, joissa virus leviää tehokkaasti ja siitä kehittyy vakavampia virusmuunnoksia.

Se, että useimmat ensimmäisen aallon infektioista toipuneet olivat tulleet immuuniksi, osoitti, että toisen aallon aiheutti sama virus. Tämä näkyi dramaattisimmin Kööpenhaminassa, jossa yhteenlaskettu kuolleisuusaste oli vain 0,29 % (0,02 % ensimmäisessä aallossa ja 0,27 % toisessa aallossa) johtuen altistumisesta vähemmän tappavalle ensimmäiselle aallolle [147].

Ensimmäisen aallon välttäneelle väestölle toinen aalto oli paljon tappavampi kuin ensimmäinen aalto. Erityisen haavoittuvia olivat nuoret hyväkuntoiset aikuiset, kuten sotilaat juoksuhaudoissa [148]. Kun tappava toinen aalto iski vuoden 1918 lopulla, uudet tapaukset vähenivät äkillisesti. Esimerkiksi Philadelphiassa 4 597 ihmistä kuoli 16. lokakuuta päättyneellä viikolla, mutta marraskuun 11. päivään mennessä influenssa oli melkein kadonnut kaupungista. Yksi selitys taudin kuolleisuuden nopealle vähenemiselle on se, että lääkärit tehostivat keuhkokuumeen ehkäisyä ja hoitoa. John Barry kuitenkin totesi vuoden 2004 kirjassaan The Great Influenza: The Epic Story of the Deadliest Plague In History, että tutkijat eivät ole löytäneet todisteita tämän näkemyksen tueksi [9].

Toisen teorian mukaan vuoden 1918 virus mutatoitui erittäin nopeasti vähemmän tappavaksi kannaksi. Tällainen influenssan kehitys on yleistä: patogeenisillä viruksilla on taipumus tulla vähemmän tappaviksi ajan myötä, koska vaarallisempien kantojen isännät kuolevat[ 9]. Jotkut kuolemaan johtaneet tapaukset jatkuivat maaliskuuhun 1919 ja tappoivat yhden pelaajan Stanley Cupin finaalissa 1919.

Merkit ja oireet

Kuva: Flunssaoireet, Yhdysvaltojen armeija

Suurin osa tartunnan saaneista koki vain tyypillisiä flunssaoireita, kuten kurkkukipua, päänsärkyä ja kuumetta, erityisesti espanjantaudin ensimmäisen aallon aikana [149]. Toisen aallon aikana tauti oli kuitenkin paljon vakavampi. Bakteeriperäinen keuhkokuume oli usein kuoleman syy [149].

Tämä vakavampi virustyyppi aiheutti heliotrooppisen syanoosin, jossa poskipäihin muodostui ensin kaksi ”mahonkitäplää”. Ihomuutokset levisivät muutaman tunnin kuluessa värjäten kasvot sinertäviksi, mitä seurasi ihon mustuminen ensin raajoissa ja sitten mustumisen leviäminen edelleen vartaloon [149]. Tämän jälkeen kuolema seuraisi tunneissa tai päivissä, koska keuhkot täyttyivät nesteellä [149].

Muita taudin raportoituja merkkejä ja oireita olivat:

  • spontaani suun ja nenäverenvuoto,
  • odottavien naisten keskenmeno,
  • erikoiset hajuaistimukset,
  • hampaiden ja hiusten lähtö,
  • delirium,
  • huimaus,
  • unettomuus,
  • kuulon tai hajuaistin menetys,
  • näön hämärtyminen ja värinäön heikkeneminen [149].

Eräs tarkkailija kirjoitti: ”Yksi silmiinpistävimmistä komplikaatioista oli limakalvojen verenvuoto, erityisesti nenästä, vatsasta ja suolesta. Verenvuotoa korvista ja peteekaalisia (petekia tarkoittaa verenpurkaumaa) verenvuotoja esiintyi myös iholla” [150]. Oireiden vakavuuden uskottiin johtuvan sytokiinimyrskystä [96]. Suurin osa kuolemista johtui bakteeriperäisestä keuhkokuumeesta [151][152][153], joka on yleinen sekundaarinen influenssaan liittyvä infektio. Tämä keuhkokuume johtui leisistä ylempien hengitysteiden bakteereista, jotka pääsivät keuhkoihin uhrien vaurioituneiden keuhkoputkien kautta [154].

Virus myös tappoi ihmisiä suoraan aiheuttamalla verenvuotoa ja turvotusta keuhkoissa [153]. Nykyaikainen analyysi on osoittanut viruksen olevan erityisen tappava, koska se voi laukaista sytokiinimyrskyn (immuunijärjestelmän ylireagoinnin) [9].

Eräsa tutkijaryhmä sai viruksen talteen jäädytettyjen uhrien ruumiista ja transfektoi eläimiä sillä. Eläimet kärsivät nopeasti etenevästä hengitysvajauksesta ja kuolivat sytokiinimyrskyn seurauksena. Nuorten aikuisten voimakkaiden immuunireaktioiden oletettiin tuhonneen kehoa, kun taas lasten ja keski-ikäisten aikuisten heikommat immuunireaktiot aiheuttivat vähemmän kuolemia näiden ryhmien keskuudessa [155].

Väärä diagnoosi

Koska taudin aiheuttanut virus oli liian pieni mikroskoopilla nähtäväksi, oikean diagnoosin tekemisessä oli ongelmia [156]. Haemophilus influenzae -bakteeria luultiin virheellisesti taudin syyksi, koska se oli tarpeeksi suuri mikroskoopilla nähtäväksi ja sitä esiintyi monilla, joskaan ei kaikilla potilailla [156]. Tästä syystä tätä basillia vastaan käytetty rokote ei tehnyt infektiosta harvinaisempaa, mutta vähensi infektioon kuolleisuutta [157].

Kuolettavan toisen aallon aikana pelättiin myös, että kyseessä oli rutto, denguekuume tai kolera [158]. Eräs yleinen virhediagnoosi oli lavantauti, joka levisi usein yhteiskunnallisen kaaoksen ja epähygieenisten olojen seurauksena, kuten Venäjällä lokakuun vallankumouksen jälkimainingeissa [158].

Chilessä maan eliitin näkemys oli, että kansakunta oli vakavassa taantumassa, ja siksi lääkärit olettivat, että tauti oli huonon hygienian aiheuttama lavantauti, eikä tarttuva tauti. Tämä näkemys johti taudin tehokkaampaan leviämiseen, koska tarttuvaa tautia ei yritetty estää leviämästä joukkokokoontumisia rajoittamalla [158].

Kuva: Yskä ja aivastelu levittävät sairauksia. Yhdysvaltain kansanterveysmainos espanjatautiepidemian vaaroista ensimmäisen maailmansodan aikana.

Ilmaston rooli

Tutkimukset ovat vahvistaneet, että espanjantaudin uhrien immuunijärjestelmää heikensivät epäsuotuisat ilmasto-olosuhteet, jotka olivat erityisen kylmiä ja märkiä pitkiä aikoja pandemian aikana. Tämä vaikutti erityisesti ensimmäisen maailmansodan sotilaisiin, jotka olivat alttiina jatkuville sateille ja keskimääräistä alhaisemmille lämpötiloille konfliktin ja erityisesti pandemian toisen aallon aikana.

Korkearesoluutioiset Harvardin yliopistossa ja Mainen yliopiston ilmastonmuutosinstituutissa analysoidut ilmastotiedot yhdistettynä erittäin yksityiskohtaisiin kuolleisuustietoihin tunnistivat vakavan ilmastopoikkeaman, joka vaikutti Eurooppaan vuosina 1914–1919. Useat ympäristöindikaattorit vaikuttivat suoraan epidemian vakavuuteen ja leviämiseen [8].

Sademäärän merkittävä lisääntyminen vaikutti koko Eurooppaan pandemian toisen aallon aikana syyskuusta joulukuuhun 1918.

Kuolleisuusluvut seuraavat tarkasti sateiden lisääntymistä ja lämpötilan laskua. Tälle on ehdotettu useita selityksiä, kuten se, että alhaisemmat lämpötilat ja lisääntynyt sademäärä loivat ihanteelliset olosuhteet viruksen replikaatiolle ja leviämiselle samalla kun ne vaikuttavat negatiivisesti sotilaiden ja muiden kolealle säälle altistuneiden ihmisten immuunijärjestelmään; tämä lisäsi todennäköisyyttä sekä virusten että pneumokokkien aiheuttamille samanaikaisille infektioille, joiden on dokumentoitu vaikuttaneen suureen osaan pandemian uhreista (viidennes sairastuneista, joiden kuolleisuusaste oli 36 prosenttia) [159][160][161][162][163].

Kuusi vuotta kestänyt ilmastopoikkeama (1914–1919) toi kylmää, merellistä ilmaa Eurooppaan muuttaen sen säätä dramaattisesti, kuten silminnäkijöiden kertomukset ja instrumentaaliset asiakirjat osoittavat. Ilmastopoikkeama jatkui Gallipolin kampanjaan asti Turkissa, jossa ANZAC-joukot kärsivät erittäin kylmästä ilmastosta. Ilmastopoikkeama vaikutti todennäköisesti vesistöjä ulosteillaan saastuttavien H1N1-lintujen migraatioon. Tartunnat saavuttivat syksyllä 60 % tason [164][165] [166]. Ilmastopoikkeama on liitetty ihmisen aiheuttamaan ilmakehän pölyn lisääntymiseen jatkuvien pommitusten vuoksi; pölyhiukkasten (pilvien kondensaatioytimien) aiheuttama lisääntynyt nukleaatio lisäsi sademäärää [167][168][169].

Vastatoimet

Julkinen terveydenhuolto

Kuva: Syyskuussa 1918 Punainen Risti suositteli kaksikerroksisia sideharsonaamioita ”ruton” leviämisen estämiseksi [170].

Kuva: 1918 Chicagon sanomalehtien otsikot kertoivat influenssaepidemian lieventämisstrategioista, kuten ilmanvaihdon lisäämisestä, pidätyksistä kasvonaamion käyttämättä jättämisen vuoksi, rokotuksista, väkijoukon koon rajoituksista, yritysten valikoivasta sulkemisesta ja ulkonaliikkumiskielloista [171]. Kun lokakuun tiukat rajoitustoimenpiteet osoittivat jonkin verran menestystä, aselepopäivän juhliminen marraskuussa ja kiitospäivän vapautunut tunnelma johtivat taudin elpymisen [171].

Vaikka vuonna 1918 oli olemassa järjestelmiä, joilla varoitettiin kansanterveysviranomaisia tartuntojen leviämisestä, ne eivät yleensä huomioineet influenssaa, mikä johti viivästyneeseen reagointiin [172].

Influenssaepidemian vastaisiin toimenpiteisiin kuitenkin ryhdyttiin: merikaranteenit julistettiin monille saarille, kuten Islanti, Australia ja Amerikan Samoa [172]. Espanjantaudin vuoksi otettiin käyttöön sosiaalisia etäisyyksiä koskevia toimenpiteitä, kuten koulujen, teatterien ja jumalanpalveluspaikkojen sulkemiset, julkisen liikenteen rajoittaminen ja joukkokokoontumisten kieltäminen [173].

Kasvomaskien käyttäminen yleistyi joissakin paikoissa, kuten Japanissa, vaikka niiden tehokkuudesta käytiin kiivasta keskustelua [173]. Kasvosuojien käyttöä vastusti mm. San Franciscon Anti-Mask League.

Myös rokotteita kehitettiin, mutta koska ne perustuivat bakteereihin eivätkä espanjantautia aiheuttavaan virukseen, ne auttoivat vain sekundaarisissa infektioissa [173]. Rajoitusten tosiasiallinen täytäntöönpano vaihteli [174]. New Yorkin terveysasioista vastaava komissaari määräsi yrityksiä avaamaan ja sulkemaan palveluja porrastetusti metrojen ruuhkautumisen välttämiseksi [175].

Myöhemmin tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että epidemian vastaiset toimenpiteet, kuten joukkokokoontumisten kieltäminen ja kasvonaamioiden käyttö leikkasivat kuolleisuutta jopa 50 prosenttia, mutta hyöty saavutettiin vain, jos vastatoimet otettiin käyttöön epidemian varhaisessa vaiheessa eikä niitä poistettu ennenaikaisesti [176].

Lääkehoito

Koska viruksen hoitoon ei ollut antiviraalisia viruslääkkeitä tai antibiootteja sekundaaristen bakteeri-infektioiden hoitoon, lääkärit luottivat satunnaiseen valikoimaan lääkkeitä, joiden tehokkuus taudin hoidossa vaihteli. Espanjantautia hoidettiin aspiriinilla, kiniinillä, arseenilla, digitaliksella, strykniinillä, kamferitipoilla, epsom-suoloilla, risiiniöljyllä ja jodilla [177]. Hoidossa sovellettiin myös traditionaalisen lääketieteen menetelmiä, kuten verenlaskua, ayurvedaa ja kampoa.[178]

Tiedon saanti

Ensimmäisen maailmansodan vuoksi monet maat harjoittivat sodanaikaista sensuuria ja estivät espanjantautipandemiasta raportoinnin [179]. Esimerkiksi italialaista sanomalehteä Corriere della Sera’a kiellettiin raportoimasta päivittäisiä kuolonuhrien määriä [179]. Sen ajan sanomalehdet olivat myös yleisesti paternalistisia ja huolissaan joukkopanikista [179].

Väärä tieto levisi myös taudin mukana. Irlannissa uskottiin, että Flanders Fieldsin joukkohaudoista nousi haitallisia kaasuja ja ”tuulet puhaltavat niitä kaikkialle maailmaan” [180]. Huhuttiin, että saksalaiset olivat influenssan takana esimerkiksi myrkyttämällä Bayerin valmistaman aspiriinin tai vapauttamalla myrkkykaasua U-veneistä [181].

Kuolleisuus

Katso: List of Spanish flu cases

Koko maailma

Kuva: Ero vuoden 1918 epidemian ja kausiepidemioiden influenssakuolleisuuden ikäjakaumien välillä – kuolemat 100 000 henkeä kohti kussakin ikäryhmässä, Yhdysvallat, pandemiavuosien 1911–1917 (katkoviiva) ja pandemiavuoden 1918 (yhtenäinen viiva) välillä [182]


Kuva: Kolme pandemia-aaltoa: viikoittainen yhdistetty kuolleisuus influenssa- ja keuhkokuumeeseen, Yhdistynyt kuningaskunta, 1918–1919[183]

Espanjantauti levisi ~500 miljoonaan ihmiseen. Sairastuneiden määrä vastasi noin kolmannesta maailman väestöstä [2]. Arviot siitä, kuinka monta tartunnan saaneista ihmistä kuoli, vaihtelevat suuresti, mutta vuosien 1918-1920 suurta influenssapandemiaa (espanjantautia) pidetään yhtenä historian tappavimmista pandemioista [184][185].

  • Vuodelta 1927 peräisin olevan varhaisen arvion mukaan kuolleisuus maailmassa oli 21,6 miljoonaa [4].

  • Vuoden 1991 arvion mukaan virus tappoi 25–39 miljoonaa ihmistä [96].

  • Vuoden 2005 arvion mukaan kuolleiden määrä on 50 miljoonaa (noin 3 % maailman väestöstä) ja mahdollisesti jopa 100 miljoonaa (yli 5 %) [150][186].

  • American Journal of Epidemiology -lehdessä vuonna 2018 julkaistussa uudelleenarvioinnissa kuolleiden kokonaismääräksi arvioitiin noin 17 miljoonaa [4][187].

Kun maailman väkiluku oli espanjantaudin aikaan 1,8–1,9 miljardia [188], arviot vastaavat 1–6 prosenttia koko väestöstä. Vuonna 2009 tehdyssä influenssaa ja muita hengitystieviruksia koskevassa neljäntoista Euroopan maan tietoihin perustuvassa tutkimuksessa, arvioitiin yhteensä 2,64 miljoonan espanjantaudin aiheuttamaa kuolemaa Euroopassa pandemian suuren vaiheen 1918–1919 aikana. Vuosina 1991, 2002 ja 2006 Euroopassa kuolleiden määräksi laskettiin 2–2,3 miljoonaa. Tämä vastaa noin 1,1 prosentin kuolleisuutta Euroopan väestöstä (joka oli noin 250 miljoonaa vuonna 1918). Arvio on huomattavasti korkeampi kuin USA:n kuolleisuus, minkä kirjoittajat olettavat johtuvan sodan vakavista vaikutuksista Euroopassa 130]. Yhdistyneen kuningaskunnan ylikuolleisuuden on arvioitu olleen 0,28–0,4 prosenttia, mikä on selvästi alle eurooppalaisen keskiarvon [4].

Intiassa kuoli noin 12–17 miljoonaa ihmistä, eli ~5 % väestöstä [189]. Kuolleiden määrä Intian brittihallinnossa olevilla alueilla oli 13,88 miljoonaa [190]. Toisen arvion mukaan kuolleita oli Intiassa ainakin 12 miljoonaa [191]. Vuosien 1911 ja 1921välinen vuosikymmen oli ainoa väestönlaskentajakso, jolloin Intian väkiluku laski. Tämän arvellaan johtuvan pääasiassa espanjantaudin vaikutuksista [192][193]. Vaikka Intiaa kuvataan yleisesti espanjantaudista pahiten kärsineeksi maaksi, ainakin yhdessä tutkimuksessa väitetään, että vuonna 1918 havaitut erittäin korkeat ylikuolleisuusluvut voivat osittain selittyä muilla tekijöillä. Tämä tutkimus perustaa arvionsa vuoden 1917 epätavallisen korkeaan kuolleisuuteen ja laajaan alueelliseen vaihteluun (vaihteluväli 0,47 % – 6,66 % [4].

Vuonna 2006 The Lancet -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa pääteltiin, että Intian provinssien ylikuolleisuusaste vaihteli 2,1 prosentista 7,8 prosenttiin, ja todettiin: ”Silloin kommentaattorit katsoivat tämän valtavan vaihtelun johtuvan ravitsemustilan eroista ja lämpötilan vuorokausivaihteluista” [194].

  • Suomessa espanjantautiin kuoli arviolta 20 000 noin 210 000 tartunnan saaneesta [195]

  • Ruotsissa kuoli 34 000 [196]

  • Japanissa sairastui 23 miljoonaan ihmistä ja ainakin 390 000 sairastuneista kuoli [197]

  • Hollannin Itä-Intiassa (Indonesia) 30 miljoonan väestöstä 1,5 miljoonan oletetaan kuolleen espanjantautiin [198]

  • Tahitissa 13 % väestöstä kuoli kuukauden aikana

  • Länsi-Samoalla 22 % 38 000 asukkaasta kuoli kahden kuukauden aikana [199]

  • Ottomaanien valtakunnan pääkaupungissa Istanbulissa espanjantautiin kuoli 6 403–10 000 [200][102] ihmistä, mikä antaa kaupungin kuolleisuusasteeksi vähintään 0,56 % [200]

  • Uudessa-Seelannissa espanjantauti tappoi arviolta 6 400 pakehaa (”ensisijaisesti eurooppalaista syntyperää olevaa uusiseelantilaista”) ja 2 500 alkuperäiskansan maoria kuudessa viikossa. Maorien kuolleisuus oli kahdeksankertainen eurooppalaistaustaisiin verrattuna [201][202]
  • Yhdysvalloissa noin 28 % 105 miljoonan väestöstä sai tartunnan ja 500 000 – 850 000 kuoli (0,48 – 0,81 prosenttia väestöstä) [203][204][205]

  • Amerikan intiaaniheimot kärsivät erityisen kovasti. Four Cornersin alueella rekisteröitiin 3 293 kuolemaa intiaanien keskuudessa [206]

  • Alaskassa kuoli kokonaisia inuiittien kyläyhteisöjä [207]

  • Kanadassa kuoli 50 000 [208]

  • Brasiliassa kuoli 300 000, mukaan lukien presidentti Rodrigues Alves [209].

  • Britanniassa kuoli jopa 250 000

  • Ranskassa yli 400 000 ihmistä [210]

  • Ghanassa influenssaepidemia tappoi ainakin 100 000 ihmistä [211]

  • Tafari Makonnen (eli Haile Selassie, Etiopian keisari) oli yksi ensimmäisistä etiopialaisista, joka sairastui influenssaan, mutta selvisi hengissä [212][213] Monet hänen aiheistaan eivät selvinneet; arviot kuolemantapauksista pääkaupungissa Addis Abebassa vaihtelevat 5 000 – 10 000 välillä, mutta voivat olla korkeammatkin [214]

  • Kuolonuhrien määräksi Venäjällä on arvioitu 450 000, vaikka epidemiologit, jotka ehdottivat tätä lukua, kutsuivat sitä ”laukaukseksi pimeässä”[96] Jos arvio pitää paikkansa, Venäjä menetti noin 0,4 % väestöstään, mikä tarkoittaa, että se kärsi Euroopan alhaisimmista influenssakuolleisuudesta. Toisessa tutkimuksessa tätä lukua pidetään epätodennäköisenä, koska maa oli sisällissodan kourissa ja jokapäiväisen elämän infrastruktuuri oli rikki; tutkimuksen mukaan Venäjän kuolonuhrien määrä oli lähempänä kahta prosenttia eli 2,7 miljoonaa ihmistä [215]

Pandemian vaurioittamat yhteisöt

Kuva: Kaavio kaikista syistä aiheutuneista kuolemista suurimmissa kaupungeissa. Huippu saavutettiin loka- ja marraskuussa 1918

Jopa alueilla, joilla kuolleisuus oli alhainen, monet sairastuneet olivat työkyvyttömiä. Tämä häiritsi laajasti jokapäiväistä elämää. Jotkut yhteisöt sulkivat kaikki myymälät tai vaativat asiakkaita jättämään ja noutamaan tilauksensa myymälöiden ulkopuolelta.

Aikalaisraporttien mukaan terveydenhuollon työntekijät eivät voineet hoitaa sairaita ja kuolleiden hautaaminen viivästyi, koska sairaanhoitajista ja haudankaivajista suuri osa oli sairaana.

Joukkohautoja kaivettiin ja ruumiit haudattiin monin paikoin ilman arkkuja [216]. Alaskan alkuperäiskansojen asuttamalla Bristol Bayn alueella kuoli 40 prosenttia koko väestöstä. Jotkut kylät katosivat kokonaan [217].

Monet Tyynenmeren saarialueet kärsivät espanjantaudista ankarasti. Pandemia saavutti saaret hitaasti pandemiaan reagoineen Uuden-Seelannin satamista lähteneiden laivojen mukana. Uudesta-Seelannista espanjantauti levisi Tongaan, jossa se tappoi 8 % väestöstä, Nauruun (kuolleisuus16 %) ja Fidžiin, jossa kuoleisuus oli 5 %väestöstä (9 000 ihmistä) [218].

Pahimmin kärsi Länsi-Samoa (entinen Saksan Samoa), jonka Uusi-Seelanti oli miehittänyt vuonna 1914. Länsi-Samoan väestöstä 90 % sai tartunnan (30 % miehistä, 22 % naisista ja 10 % lapsista kuoli pandemiaan). Kuvernööri John Martin Poyer sen sijaan onnistui estämään pandemian leviämisen Amerikan Samoaan määräämällä saarron [218].

Espanjantauti levisi nopeimmin alkuperäiskansojen keskuudessa, koska alkuperäiskansojen vanhimmat kokoontuivat perinteitä kunnioittaen päälliköiden kuolinvuoteelle kuulemaan suullista perimätietoa ja oppimaan päälliköiden viisautta.Monet heimojen vanhimmat saivat tämän perinteen vuoksi tartunnan [219].

Iranissa kuolleisuus oli hyvin korkea: arvioiden mukaan 902 400–2 431 000 eli 8–22 prosenttia koko Iranin väestöstä kuoli pandemiaan [220] ja samanaikaiseen Persiassa vuosina 1917-1919 riehuneeseen nälänhätään. Irlannissa espanjantauti aiheutti pahimpien 12 kuukauden aikana kolmanneksen kaikista kuolemista [221][222].

Etelä-Afrikassa arvioidaan, että noin 300 000 ihmistä (6 % väestöstä) kuoli kuuden viikon aikana 1918. Hallituksen toimien uskotaan tahattomasti kiihdyttäneen viruksen leviämistä koko maassa [223]. Melkein neljännes Kimberleyn timanttikaivosten työläisistä kuoli [224].

Brittiläisessä Somalimaassa 7 % alkuperäisväestöstä kuoli [225]. Kuolonuhrien määrä johtui erittäin korkeasta (50 %:n) tartuntatasosta ja oireiden vakavuudesta. Monet kuolivat taudin käynnistämään sytokiinimyrskyyn [96].

Vähemmän kärsineet alueet

Tyynellämerellä Amerikan Samoa [226] ja Ranskan Uusi-Kaledonia [227] onnistuivat estämään influenssakuolemat tehokkaiden karanteenien avulla. Karanteenikauden päätyttyä epidemian puhkeaminen viivästyi vuoteen 1926 Amerikan Samoalla ja 1921 Uudessa-Kaledoniassa [228].
Amerikan Samoalla vähintään 25 % saaren asukkaista sai tartunnan ja 0,1 % kuoli. Uudessa-Kaledoniassa tauti levisi laajasti ja 0,1 % väestöstä kuoli [228].

Australia onnistui välttämään espanjantaudin kaksi ensimmäistä aaltoa karanteeneilla [172]. Islanti suojeli kolmasosaa väestöstään altistumiselta sulkemalla saaren päätien [172]. Pandemian loppuun mennessä eristetty Marajón saari Brasilian Amazonjoen suistossa säästyi tartunnoilta [229]. St. Helenalla ei rekisteröity kuolemantapauksia [230].

Kuva: Japanilaiset naiset käyttävät valkoisia sideharsomaskia Espanjan flunssapandemian aikana Tokiossa, Japanissa, 1919

Arviot Kiinan kuolonuhrien määrästä ovat vaihdelleet suuresti [231][96]. Vaihtelu johtuu sotapäällikköiden kauden keskitettyjen terveystietojen keruun puutteesta. Kiinassa saattoi olla suhteellisen lievä influenssakausi vuonna 1918 verrattuna muuhun maailmaan [137][139][232]. Toisaalta jotkut raportit viittaavat siihen, että vuoden 1918 influenssakuolleisuus oli oletettua korkeampi ainakin eräissä Kiinan osissa [215]. Näyttöä vakavasta koko Kiinaan vaikuttaneesta influenssasta ei kuitenkaan ole [233].

Ensimmäisen arvion Kiinan kuolonuhrien määrästä tekivät Patterson ja Pyle vuonna 1991. He arvioivat kuolonuhrien määräksi 5-9 miljoonaa. Pattersonin ja Pylen tutkimusta on kritisoitu myöhemmin puutteellisen metodologian vuoksi, Uuudemmissa tutkimuksissa on julkaistu arvioita merkittävästi alhaisemmasta kuolleisuudesta [135][234].Esimerkiksi Iijima arvioi kuolonuhrien määräksi 1–1,28 miljoonaa Kiinan satamakaupunkien tietojen perusteella [235]. Alhaisemmat kuolinluvut perustuvat havaintoihin matalasta kuolleisuudesta Kiinan satamakaupungiessa [231]. Jotkut sanomalehti- ja postiraportit sekä lähetyssaarnaajien lääkäreiden raportit viittaavat kuitenkin siihen, että espanjantauti tunkeutui Kiinaan ja että influenssa oli vakava ainakin Kiinan maaseudulla [215]. Vaikka Kiinan sisämaasta puuttuu potilastietoja, laajat lääketieteelliset tiedot tallentiin Kiinan satamakaupungeissa, kuten brittien hallitsemissa Hongkongissa, Kantonissa, Pekingissä, Harbinissa ja Shanghaissa. Tiedot keräsi Kiinan meritullipalvelu, jossa työskenteli paljon ei-kiinalaisia, kuten brittejä, ranskalaisia ja muita eurooppalaisia siirtomaavirkamiehiä [236].

Kiinan satamakaupunkien tiedot vahvistavat alhaisemman pandemiakuolleisuuden verrattuna moniin muihin Aasian kaupunkeihin [236]. Esimerkiksi Britannian viranomaiset raportoivat Hongkongissa ja Kantonissa influenssakuolleisuusasteeksi 0,25 % ja 0,32 %, jotka ovat paljon matalammat kuin muissa Aasian kaupungeissa; esimerkiksi Kalkutassa ja Bombayssa espanjantauti oli selvästi tuhoisampi [236]. Shanghaissa (jonka väkiluku oli yli 2 miljoonaa vuonna 1918) kiinalaisilla kirjattiin vain 266 influenssakuolemaa vuonna 1918 [236].

Kiinan kaupungeista tallennetuista laajoista tiedoista ekstrapoloituna espanjantaudin arvioitu kuolleisuusaste koko Kiinassa vuonna 1918 oli todennäköisesti alle 1 %, eli paljon pienempi kuin maailman keskiarvo (joka oli noin 3–5 %) [236].

Japanissa ja Taiwanissa espanjantaudin kuolleisuusaste oli noin 0,45 % ja 0,69 %, mikä on korkeampi kuin Kiinan satamakaupunkien, kuten Hongkongin (0,25 %), Kantonin (0,32 %) ja Shanghain kuolleisuusaste [236].

On kuitenkin huomattava, että influenssakuolleisuus Hongkongissa ja Kantonissa on alirekisteröity, koska vain siirtokuntien sairaaloissa tapahtuneet kuolemat rekisteröitiin [236]. Shanghaissa nämä tilastot rajoittuvat siihen kaupungin alueeseen, joka oli Shanghain kansainvälisen järjestelyn terveysosaston hallinnassa, ja todellinen kuolonuhrien määrä Shanghaissa oli paljon korkeampi [236]. Kiinan sisämaasta saadut potilastiedot osoittavat, että maaseutuyhteisöiss kuolleisuus oli selvästi korkeampi kuin kaupungeissa [237].

Tutkimus Houlun läänistä Hebein maakunnasta osoitti, että sairastuneiden kuolleisuusaste oli 9,77 %. Läänin väestöstä 0,79 % kuoli influenssaan loka- ja marraskuussa 1918 [238].

Kuoleman kaavat

Kuva: Kasvonaamiota käyttävä hoitaja Washington, DC

Pandemia tappoi enimmäkseen nuoria aikuisia. Vuosina 1918–1919 99 % pandemian aiheuttamista influenssakuolemista Yhdysvalloissa tapahtui alle 65-vuotiailla. Lähes puolet espanjantautiin kuolleista oli 20–40-vuotiaita nuoria aikuisia. Vuoteen 1920 mennessä alle 65-vuotiaiden kuolleisuus laski kuusinkertaisesta puoleen suhteessa yli 65-vuotiaiden kuolleisuuteen, mutta 92 % kuolemista tapahtui edelleen alle 65-vuotiailla [239].

Tämä oli epätavallista, koska influenssa on tyypillisesti tappavin heikoille yksilöille, kuten alle kaksivuotiaille vauvoille, yli 70-vuotiaille ja immuunipuutteisille. Vuonna 1918 ikääntyneillä saattoi olla osittainen immuniteetti espanjantaudin vakavalle muodolle, joka johtui altistumisesta vuosien 1889–1890 influenssapandemialle, eli ”venäläiselle influenssalle” [240].

Historioitsija John M. Barryn mukaan espanjantautiin ”todennäköisimmin kuolevat” olivat raskaana olevat naiset. Barry raportoi, että 13 tutkimuksessa pandemian aikana sairaalahoidossa olevien naisten kuolleisuus vaihteli 23 prosentista 71 prosenttiin [241]. Raskaana olevista naisista, jotka selvisivät synnytyksestä, yli neljäsosa (26 %) menetti lapsensa [242].

Toinen espanjantaudin omituisuus oli, että epidemia levisi pohjoisella pallonpuoliskolla erityisesti kesällä ja syksyllä; influenssa on yleensä pahempi talvella [243].

Taudin kuolleisuuteen liittyi myös kiinnostavia maantieteellisiä eroja. Joissakin osissa Aasiaa kuolleisuus oli 30 kertaa korkeampi kuin osissa Eurooppaa. Afrikassa ja Aasiassa kuolleisuus oli yleisesti korkeampi, kun taas Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa [244]. Myös maanosien sisällä oli suuria eroja: Unkarissa ja Espanjassa kuolleisuus oli kolme kertaa korkeampi kuin Tanskassa, Saharan eteläpuolisessa Afrikassa kuolleisuus oli Pohjois-Afrikkaan verrattuna 2-3 kertaa suurempi ja jopa kymmenen kertaa korkeampi äärimmäisyyksien välillä Aasiassa [244].

Kaupungit kärsivät espanjantaudista yleensä pahemmin kuin maaseutu [244]. Kaupunkien välillä oli kuitenkin huomattavia eroja, mikä saattoi selittyä kaupunkilaisten taudin lievälle ensimmäiselle aallolle altistumisen tuottamasta immuniteetista sekä sosiaalisten etäisyyksien käyttöönotosta [245].

Toinen merkittävä havainto espanjantautikuolleisuudesta oli yhteiskuntaluokkien väliset erot. Oslossa kuolleisuus korreloi käänteisesti asunnon koon kanssa; pienemmissä asunnoissa eläviä köyhiä kuoli enemmän kuin varakkaampia ja väljemmin asuvia [246]. Sosiaalinen asema heijastui myös maahanmuuttajayhteisöjen korkeampana kuolleisuutena. Esimerkiksi hiljattain Yhdysvaltoihin muuttaneet amerikanitalialaiset kuolivat espanjantautiin lähes kaksi kertaa todennäköisemmin kuin amerikkalaiset keskimäärin [244]. Erot johtuivat huonommasta ruokavaliosta, ahtaista elinoloista ja terveydenhuoltoon pääsyn ongelmista [244].

Paradoksaalista kyllä, afroamerikkalaiset säästyivät pandemialta suhteellisen hyvin [244]. Influenssaan kuoli enemmän miehiä kuin naisia, koska miehet menivät todennäköisemmin ulos ja altistuivat virukselle mm. työyhteisössä; naisten sosiaalinen elämä oli rajoitetumpaa ja kotiin sidotumpaa [245]. Samasta syystä miehet sairastivat todennäköisemmin tuberkuloosia, mikä heikensi toipumismahdollisuuksia espanjantaudista [245]. Intiassa tilanne oli päinvastainen ehkä siksi, että intialaisia naisia ravittiin huonommalla ravinnolla ja heidän odotettiin hoitavan sairaita [245].

He et al. (2011) käytti mekanistista mallintamista tutkiessaan vuoden 1918 influenssapandemian kolmea aaltoa. He tutki taustalla vaikuttavia tekijöitä, jotka selittävät vaihtelua epidemian ajallisissa malleissa ja niiden korrelaatiota kuolleisuuden ja sairastuvuuden malleihin. Analyysi viittaa siihen, että taudin leviämisnopeuden ajalliset vaihtelut tarjoavat parhaan selityksen, ja näiden kolmen aallon synnyttämiseen vaadittava transmissio on biologisesti uskottavien arvojen sisällä [247].

Toisessa tutkimuksessa He et al. (2013) käytti yksinkertaista epidemiamallia, joka sisälsi kolme muuttujaa päätelläkseen syyn vuoden 1918 influenssapandemian kolmelle aallolle. Näitä tekijöitä olivat koulujen avaaminen ja sulkeminen, lämpötilan muutokset koko epidemian aikana ja ihmisten käyttäytymisen muutokset tautiaaltojen aikana. Mallinnustulokset osoittivat, että kaikki kolme tekijää olivat tärkeitä, mutta ihmisen käyttäytymisvasteet osoittivat merkittävimmät vaikutukset [248].

Vaikutukset

Ensimmäinen maailmansota

Akateemikko Andrew Price-Smith väittää, että virus kallisti voimatasapainoa sodan viimeisinä päivinä liittoutuneiden eduksi. Hän esitttää perusteluksi tietoja siitä, että virusaallot osuivat keskusvaltioihin ennen liittoutuneita ja että sekä sairastuvuus että kuolleisuus Saksassa ja Itävallassa olivat huomattavasti korkeammat kuin Britanniassa ja Ranskassa [129].
Vuoden 2006 Lancet-tutkimus vahvistaa korkeamman kuolleisuusasteen Saksassa (0,76 %) ja Itävallassa (1,61 %) verrattuna Isoon-Britanniaan (0,34 %) ja Ranskaan (0,75 %) [194].

Kenneth Kahn Oxfordin yliopiston tietotekniikkapalveluista kirjoittaa, että ”Monet tutkijat ovat ehdottaneet, että sodan olosuhteet auttoivat merkittävästi taudin leviämistä. Ja toiset ovat väittäneet, että pandemia vaikutti sodan (ja myöhemmän rauhansopimuksen) kulkuun.” Kahn on kehittänyt mallin, jota voidaan käyttää kotitietokoneissa näiden teorioiden testaamiseen [249].

Talous

Kuva: Albertan maakuntahallituksen terveysjuliste

Monet viihde- ja palveluteollisuuden yritykset menettivät tuloja, kun taas terveydenhuoltoala raportoi voitoista [250]. Historioitsija Nancy Bristow kertoo, että pandemia ja korkeakoulutettujen naisten määrän lisääntymiseen selittää naisten menestystä hoitotyön aloilla.Tämä johtui osittain siitä, että lääkärit, jotka olivat pääosin miehiä, kantoivat yleisön silmissä vastuun epidemiasta, koska he eivät pystyneet hillitsemään ja ehkäisemään taudin leviämistä.

Taudista ei syytetty hoitohenkilöstöä, joka oli pääosin naisia. Sen sijaan naisia kiitettiin ja arvostettiin potilashoidon onnistumisesta [251].

Vuonna 2020 tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että Yhdysvaltojen kaupungit, jotka panivat täytäntöön varhaisia ja laajoja ei-lääketieteellisiä toimenpiteitä (karanteeni jne.), eivät kärsineet ylimääräisistä haitallisista taloudellisista vaikutuksista näiden toimenpiteiden toteuttamisen vuoksi [252], toisin kuin kaupungit, jotka panivat toimenpiteitä täytäntöön myöhässä tai eivät ollenkaan [252] 253][254].

Pitkäaikaisvaikutukset

Journal of Political Economy -lehdessä vuonna 2006 julkaistussa tutkimuksessa kerrottiin, että pandemia-aikana odottavien naisten synnyttämien lasten koulutustaso oli verrokkikohortteja heikompi ja lasten fyysiset vammat (disabiliteetti) yleisempiä. Lisäksi tulevat ansiotulot ja sosioekonominen asema olivat pandemian aikaan syntyneillä muihin syntymäkohortteihin nähden verrokkeja heikommat [255] ]. Vuoden 2018 tutkimuksessa havaittiin, että pandemia alensi väestön koulutustasoa [256].

Espanjantauti assosioituu 1920-luvun enkefalitis lethargican puhkeamiseen [257]. Taudista toipuneiden kuolleisuusriski muihin infektioihin ja sairauksiin kasvoi. Jotkut eloonjääneet eivät koskaan toipuneet espanjantaudin aiheuttamista fysiologisista oireista [258].

Espanjantaudin perintö – unohdettu pandemia

Huolimatta espanjantautipandemian aiheuttamista korkeasta sairastuvuus- ja kuolleisuusluvuista, espanjantauti hiipui yleisestä tietoisuudesta vuosikymmeniksi, kunnes lintuinfluenssasta ja muista pandemioista tuli uutisia 1990- ja 2000-luvuilla [259].

Jotkut historioitsijat nimittävät espanjantautipandemiaa ”unohdetuksi pandemiaksi” [121]. Koronapandemia on viimeisten 1-2 vuoden aikana palauttanut espanjantautipandemian laajemman yleisön tietoon.

Kuva: 1918 influenssahautoja, Auckland, Uusi-Seelanti

On monia teorioita siitä, miksi espanjantauti ”unohdettiin” vuosikymmeniksi. Pandemia tappoi suurimman osan uhreistaan Yhdysvalloissa alle yhdeksässä kuukaudessa, minkä vuoksi taudin medianäkyvyys jäi lyhytaikaiseksi. Väestö tunsi pandeemisten tautien mallit 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa: lavantauti, keltakuume, kurkkumätä ja kolera esiintyivät lähes samaan aikaan.
Nämä epidemiat todennäköisesti vähensivät influenssapandemian saamaa huomiota [260].

Joillain alueilla influenssasta ei raportoitu lainkaan. Ainoa maininta influenssapandemiasta saattoi olla lääkemainokset, joissa myytiin influenssan ”parantavia” lääkkeitä [261].

Espanjantaudin aikana media keskittyi ensimmäiseen maailmansotaan ja sen uhreihin [262]. Yksi selitys taudin huonolle tuntemukselle liittyy ikäryhmään: suurin osa sekä sotaan ja espanjantautiin kuolleista oli nuoria aikuisia. Nuorten aikuisten sotaan liittyvien kuolemantapausten suuri määrä on voinut varjostaa espanjantaudin aiheuttamia kuolemia [239].

Euroopassa, missä sodan uhrimäärät olivat korkeat, influenssapandemialla ei ole ollut suurta psykologista vaikutusta ihmisiin. Pandemia on saattanut tuntua sodan tragedioiden jatkeelta [239]. Sodan kesto vei huomion pandemialta: sodan oli alun perin odotettu päättyvän nopeasti, mutta se kesti neljä vuotta.

Espanjantaudin vertailu muihin pandemioihin

Espanjantauti tappoi paljon pienemmän osan maailman väestöstä kuin musta surma (rutto 1346-1353), joka kesti vuosia [264].

Yhä jatkuva COVID-19 pandemia on virallisten lukujen mukaan sairastuttanut13 helmikuuta 2022 mennessä 410 273 673 ihmistä. Koronaan on vahvistettu kuolleen 5 833 027 ihmistä, mutta koska kaikissa maissa tartuntoja ja koronaankuolleita ei rekisteröidä kovinkaan tarkasti, todellisen kuolleisuuden uskotaan olevan jopa neljä kertaa virallisia lukuja korkeampi [265].

Vakavimmat influenssapandemiat [266][267]

Nimi Aika Pop. Tyyppi Tarttuvuus [268] Tartunnat Kuolemat maailma Kuolleisuusaste Pandemia vakavuus
1889–90 flu pandemic[269] 1889–90 1.53 miljardia Likely H3N8 or H2N2 2.10 (IQR, 1.9–2.4)[269] 20–60%[269] (300–900 million) 1 million 0.10–0.28%[269] 2
Espanjantauti[270] 1918–20 1.80 miljardia H1N1 1.80 (IQR, 1.47–2.27) 33% (500 million)[271] or >56% (>1 miljardia)[272] 17[273]–100[274][275] million 2–3%,[272] or ~4%, or ~10%[276] 5
Asian flu 1957–58 2.90 miljardia H2N2 1.65 (IQR, 1.53–1.70) >17% (>500 million)[272] 1–4 million[272] <0.2%[272] 2
Hong Kong flu 1968–69 3.53 miljardia H3N2 1.80 (IQR, 1.56–1.85) >14% (>500 million)[272] 1–4 million[272] <0.2%[272][277] 2
1977 Russian flu 1977–79 4.21 miljardia H1N1 ? ? 0.7 million[278] ? ?
2009 swine flu pandemic[279][280] 2009–10 6.85 miljardia H1N1/09 1.46 (IQR, 1.30–1.70) 11–21% (0.7–1.4 miljardia)[281] 151,700–575,400[282] 0.01%[283][284] 1
Typical seasonal flu[t 1] Every year 7.75 miljardia A/H3N2, A/H1N1, B, … 1.28 (IQR, 1.19–1.37) 5–15% (340 million – 1 miljardia)[285]
3–11% or 5–20%[286][287] (240 million – 1.6 billion)
290,000–650,000/year[288] <0.1%[289] 1

Tutkimus

Kuva: Elektronimikroskooppikuva, joka näyttää reproduktiona luodut 1918 influenssavirionit

Espanjantautipandemian alkuperä sekä ihmisten ja sikojen lähes samanaikaisten epidemioiden välinen suhde ovat kiistanalaisia.

Yksi hypoteesi on, että espanjantautia aiheuttava viruskanta sai alkunsa Fort Rileystä, Kansasista, varuskunnan ravinnoksi kasvattamien siipikarjan ja sikojen viruksista. Tämän hypoteesin mukaan sotilaat, jotka lähetettiin Fort Rileystä ympäri maailmaa, levittivät tautia [290].

Samankaltaisuudet ihmisten levittämän viruksen ja lintuinfluenssavirusten rekonstruoinnin välillä yhdistettynä pandemiaan, joka edelsi ensimmäisiä sikainfluenssaraportteja, sai tutkijat päättelemään, että influenssavirus hyppäsi suoraan linnuista ihmisiin ja tauti levisi sikoihin ihmisiltä [291] [292].

Kaikki eivät ole alkuperästä samaa mieltä [293]. Uudemmat tutkimukset vahvistavat, että kanta on saattanut olla peräisin muusta nisäkäslajista, kuin ihmisestä [294]. Arvioitu päivämäärä viruskannan ilmestymiselle nisäkäsisäntiin on asetettu ajanjaksolle 1882–1913 [295].

Alkuperäinen virus jakautui vuosien 1913–1915 aikana kahteen kladiin (biologiseen ryhmään), mikä johti sika- ja ihmisen H1N1-influenssalinjaan.

Ihmisten välillä leviävien viruskantojen viimeinen yhteinen esi-isä on ajoitettu helmikuun 1917 ja huhtikuun 1918 välille. Koska lintuinfluenssavirukset tarttuvat herkemmin sikoihin, kuin ihmisiin, niitä ehdotettiin viruksen alkuperäisiksi vastaanottajiksi, jotka välittivät viruksen ihmisiin joskus vuosina 1913-1918.

Kuva: Terrence Tumpey tutkii sairauksien torjunta- ja ehkäisykeskuksessa (CDC) espanjantaudin rekonstruoitua versiota.

Espanjantaudin viruskannan (lintuinfluenssan H1N1 alatyyppi) rekonstruktio tehtiin yhteistyössä Armed Forces Institute of Pathology, USDA ARS Southeast Poultry Research Laboratory ja Mount Sinai School of Medicine New Yorkissa yhteistyönä.

Tutkijat julkaisivat 5. lokakuuta 2005 tiedotteen, että he olivat onnistunut määrittämään viruksen geneettisen sekvenssin tutkimalla patologi Johan Hultinin espanjantautiin kuolleelta Alaskan ikiroutaan haudatulta inuiittinaiselta keräämiä kudosnäytteitä, sekä näytteitä, joita oli säilytetty amerikkalaisista sotilaista [296][297][298].

18. tammikuuta 2007 Kobasa et al. raportoi, että apinoilla, joihin oli infektoitu espanjantautia aiheuttaneen viruksen reproduktio, havaittiin klassisia vuoden 1918 pandemian oireita ja ne kuolivat sytokiinimyrskyyn, eli immuunijärjestelmän ylireagointiin [299]. Sytokiinimyrsky voi selittää, miksi espanjantaudilla oli niin raju vaikutus nuorempiin ja terveempiin ihmisiin. Vahvempi immuunijärjestelmä ylireagoi herkemmin [300].

16. syyskuuta 2008 brittiläisen poliitikon ja diplomaatin Sir Mark Sykesin ruumis kaivettiin haudasta influenssaviruksen RNA:n tutkimiseksi ja nykyaikaisen H5N1-lintuinfluenssan geneettisen rakenteen ymmärtämiseksi. Sykes oli haudattu vuonna 1919 lyijyarkkuun, jonka tutkijat toivoivat säilyttäneen viruksen [301]. Arkun todettiin haljenneen ja ruumis oli pahasti hajonnut; siitä huolimatta Sykesin ruumiista otettiin keuhko- ja aivokudosnäytteitä [302]. Joulukuussa 2008 Wisconsinin yliopiston Yoshihiro Kawaokan tutkimus havaitsi kolmen geenin (PA, PB1 ja PB2) ja espanjantautiäytteistä peräisin olevan nukleoproteiinin vaikuttavan influenssaviruksen kykyyn tunkeutua keuhkoihin ja aiheuttaa keuhkokuume. Tietty geneettinen yhdistelmä ja H1N1 viruksen alatyypin nukleoproteiini laukaisi espanjantautiin liittyviä oireita eläinkokeissa [303].

Kesäkuussa 2010 Mount Sinai School of Medicine -koulun työryhmä raportoi, että vuoden 2009 influenssapandemiarokote tarjosi jonkin verran ristisuojaa espanjalaisinfluenssapandemiakantaa vastaan [304]. Yksi harvoista asioista, jotka tiedettiin varmaksi influenssasta vuonna 1918 ja muutaman vuoden ajan sen jälkeen, oli, että se oli laboratoriota lukuun ottamatta yksinomaan ihmisten välillä leviävä sairaus [305].

Vuonna 2013 AIR Worldwide Research and Modeling Group kuvaili vuoden 1918 pandemiaa ja arvioi samanlaisen nykyään esiintyvän pandemian vaikutuksia käyttämällä AIR Pandemic Flu Model -mallia. Mallissa ”nykyajan ”espanjalainen flunssa” aiheuttaisi 15,3–27,8 miljardin dollarin edestä taloudellisia vahinkoja pelkästään Yhdysvalloissa ja 188 000–337 000 kuolemaa Yhdysvalloissa [306].

Vuonna 2018 Michael Worobey, Arizonan yliopiston evoluutiobiologian professori, kertoi saaneensa William Rollandin ensimmäisen maailmansodan aikana keräämät kudosnäytteet. William Rolland oli lääkäri ja Britannian armeijan patologi, joka raportoi mahdollisesti viruksen aiheuttamasta hengitystiesairaudesta Lancetiin vuonna 1917 [307]. Rollandin viittaama hengitystiesairaus oli alkanut vuonna 1916 Étaplesissa, Ranskassa [308][309]. Worobey onnistui jäljittämään Rollandin perheenjäsenet, jotka olivat säilyttäneet tämän keräämät näytediat. Worobey poimi Rollandin näytteistä kudosta selvittääkseen enemmän patogeenin alkuperästä [28].

Vuonna 2021 tehdyssä tutkimuksessa [310] käytettiin virussekvenssiä [292] hemagglutiniini-antigeenin (HA) saamiseksi ja adaptiivisen immuniteetin havainnoimiseksi 32 vuoden 1918 influenssapandemiasta selvinneellä. Kaikilla heillä oli seroreaktiivisuutta ja 7 kahdeksasta muusta testatusta esitti immunologisen muistin B-solujen pystyvän tuottamaan vasta-aineita, jotka sitoutuivat HA-antigeeniin, mikä vahvisti immunologisen muistin toimivan jopa vuosikymmeniä.

Sukupuolierot kuolleisuudessa

Espanjantautipandemian korkea kuolleisuus on yksi tekijä, joka erottaa espanjantaudin muista influenssa-aalloista. Toinen tekijä oli miesten korkeampi kuolleisuus verrattuna naisiin. Miehillä, joilla oli jokin perussairaus, oli huomattavasti suurempi riski kuolla espanjantautiin. Tuberkuloosi oli yksi tappavimmista taudeista 1900-luvulla. Espanjantaudin leviämisen seurauksena miesten tuberkuloositapaukset vähenivät. Monet tutkijat ovat havainneet, että tuberkuloosi lisäsi miesten influenssakuolleisuutta ja lyhensi tuberkuloosia sairastavien eliniänodotetta. 1900-luvulla tuberkuloosi oli yleisempää miehillä kuin naisilla, mutta tutkimukset osoittavat, että influenssan leviämisen myötä naisten tuberkuloosikuolleisuus lisääntyi merkittävästi ja laskisi edelleen pandemian jälkeiseen aikaan asti [311].

Erityisen korkea kuolleisuus oli 20–35-vuotiailla. Ainoa tähän verrattavissa oleva sairaus oli musta surma, paiserutto 1300-luvulla.

Tutkimukset ovat osoittaneet, tuberkuloosi ja influenssa olivat samanaikaisia tauteja. Influenssaan kuolevien miesten iät vahvistavat, että tuberkuloosi oli yksi erityisesti miesten kuolleisuutta lisäävä tekijä. Koska miehillä esiintyi tuberkuloosia pandemian aikana, miesten kuolleisuus espanjantautiin lisääntyi. Miesten elinajanodote putosi pandemian aikana, mutta nousi kaksi vuotta pandemian jälkeen [312].

Newfoundland

Yksi syy espanjantaudin leviämiseen oli sosiaalinen käyttäytyminen. Miehillä oli enemmän sosiaalista elämää ja he liikkuivat enemmän kuin naiset työnsä vuoksi. Vaikka miesten kuolleisuus oli korkeampi, kullakin alueella saatiin erilaisia tuloksia esimerkiksi ravitsemuksen puutteen vuoksi.
Newfoundlandissa pandemian leviäminen oli erittäin vaihtelevaa. Influenssa ei tehnyt eroa siitä, kuka sai tartunnan, vaan sairastumisalttiuteen vaikutti ihmisten sosioekonominen asema. Vaikka sosiaalinen vaihtelevuus mahdollisti taudin nopean leviämisen maantieteellisesti, se levisi nopeammin ja vaikutti miehiin enemmän kuin naisiin työn ja sosiaalisten kontaktien vuoksi.

Newfoundlandin yleisin kuolinsyy ennen pandemiaa oli tuberkuloosi. Tämän tiedetään olevan vakava taustasairaus ja espanjantautikuolleisuutta lisännyt riskitekijä.

Newfoundlandissa oli monenlaista työvoimaa. Miehillä ja naisilla oli erilaisia ammatteja, joihin liittyi keskinäistä vuorovaikutusta. Kalastuksella oli tärkeä rooli taloudessa. Miehet liikkuivat enemmän kuin naiset ja heillä oli enemmän kontakteja muihin ihmisiin ja maailman osiin.

Pandemian leviämisen tiedetään alkaneen keväällä 1918, mutta Newfoundland koki tappavan aallon vasta kesä- tai heinäkuussa, mikä on linjassa kalastuksen suuren työllisyyden kanssa. Suurin osa miehistä työskenteli rannikolla kesän aikana ja oli tyypillistä, että kokonaiset perheet muuttivat kesäisin Newfoundlandiin töihin.

Mutta pandemian ensimmäisen, toisen ja kolmannen aallon aikana kuolleisuus muuttui. Ensimmäisen aallon aikana miesten kuolleisuus oli korkeampi, mutta naisten kuolleisuus kasvoi ja oli korkeampi toisen ja kolmannen aallon aikana. Naisväestö oli suurempi tietyillä Newfoundlandin alueilla, ja siksi sillä oli suurempi vaikutus kuolleisuuteen [313].

Espanjantauti kanadalaisilla sotilailla

Arkistojen mukaan pandemian ensimmäisen aallon aikana kuoli eniten 20-vuotiaita nuoria miehiä, mikä heijastaa sotaan värvättyjen ikää. Nuorten miesten liikkuvuus vuonna 1918 yhdistettiin influenssan leviämiseen ja epidemian suurimpaan aaltoon.

Vuoden 1917 lopulla ja vuoden 1918 aikana tuhansista miehistä koostuvat joukot kokoontuivat Halifaxin satamaan ennen kuljetusta Eurooppaan. Kaikki sairaat sotilaat, jotka eivät voineet lähteä, rekisteröitiin Halifaxin väestöön. Tämä lisäsi miesten influenssatapausten määrää sodan aikana.

Määrittääkseen kuolinsyyn pandemian aikana, sotatieteilijät käyttivät 1917-1918 kuolleisuustilastoja ja Commonwealth War Graves Commissionia (CWGC), joka raportoi alle 2 miljoonan miehen ja naisen kuolleen sotien aikana.

Sotilaiden määrä ja kuljetukset Yhdysvaltojen ja Kanadan välillä todennäköisesti vaikuttivat merkittävästi pandemian leviämiseen.[314]

Kuva: H1N1 virus

Bibliografia

Aiheesta enemmän

Videot

Lähteet ja viitteet

  1. Yang W, Petkova E, Shaman J (March 2014). ”The 1918 influenza pandemic in New York City: age-specific timing, mortality, and transmission dynamics”. Influenza and Other Respiratory Viruses. National Institutes of Health. 8 (2): 177–88. doi:10.1111/irv.12217. PMC 4082668. PMID 24299150.
  2. Taubenberger & Morens 2006.
  3. ”Pandemic Influenza Risk Management WHO Interim Guidance” (PDF). World Health Organization. 2013. p. 25. Archived (PDF) from the original on 21 January 2021. Retrieved 21 August 2021.
  4. Spreeuwenberg P, Kroneman M, Paget J (December 2018). ”Reassessing the Global Mortality Burden of the 1918 Influenza Pandemic”. American Journal of Epidemiology. Oxford University Press. 187 (12): 2561–67. doi:10.1093/aje/kwy191. PMC 7314216. PMID 30202996.
  5. Rosenwald MS (7 April 2020). ”History’s deadliest pandemics, from ancient Rome to modern America”. The Washington Post. Archived from the original on 7 April 2020. Retrieved 11 April 2020.
  6. Mayer J (29 January 2019). ”The Origin Of The Name ’Spanish Flu'”. Science Friday. Retrieved 30 July 2021. Etymology: In ancient times, before epidemiology science, people believed the stars and “heavenly bodies” flowed into us and dictated our lives and health—influenza means ’to influence’ in Italian, and the word stems from the Latin for ’flow in.’ Sickness, like other unexplainable events, was attributed to the influence of the stars… But the name for the infamous 1918 outbreak, the Spanish flu, is actually a misnomer.
  7. Gagnon, Miller & et al 2013, p. e69586.
  8. More AF, Loveluck CP, Clifford H, Handley MJ, Korotkikh EV, Kurbatov AV, et al. (September 2020). ”The Impact of a Six-Year Climate Anomaly on the ”Spanish Flu” Pandemic and WWI”. GeoHealth. 4 (9): e2020GH000277. doi:10.1029/2020GH000277. PMC 7513628. PMID 33005839.
  9. Barry 2004b.
  10. MacCallum WG (1919). ”Pathology of the pneumonia following influenza”. Journal of the American Medical Association. 72 (10): 720–23. doi:10.1001/jama.1919.02610100028012. Archived from the original on 25 January 2020. Retrieved 16 August 2019.
  11. Hirsch EF, McKinney M (1919). ”An epidemic of pneumococcus broncho-pneumonia”. Journal of Infectious Diseases. 24 (6): 594–617. doi:10.1093/infdis/24.6.594. JSTOR 30080493. Archived from the original on 24 July 2020. Retrieved 24 May 2020.
  12. Brundage JF, Shanks GD (December 2007). ”What really happened during the 1918 influenza pandemic? The importance of bacterial secondary infections”. The Journal of Infectious Diseases. 196 (11): 1717–18, author reply 1718–19. doi:10.1086/522355. PMID 18008258.
  13. Morens DM, Fauci AS (April 2007). ”The 1918 influenza pandemic: insights for the 21st century”. The Journal of Infectious Diseases. 195 (7): 1018–28. doi:10.1086/511989. PMID 17330793.
  14. ”Influenza Pandemic Plan. The Role of WHO and Guidelines for National and Regional Planning” (PDF). World Health Organization. April 1999. pp. 38, 41. Archived (PDF) from the original on 3 December 2020.
  15. Michaelis M, Doerr HW, Cinatl J (August 2009). ”Novel swine-origin influenza A virus in humans: another pandemic knocking at the door”. Medical Microbiology and Immunology. 198 (3): 175–83. doi:10.1007/s00430-009-0118-5. PMID 19543913. S2CID 20496301. Archived from the original on 15 May 2021. Retrieved 26 July 2021.
  16. Mermel LA (June 2009). ”Swine-origin influenza virus in young age groups”. Lancet. 373 (9681): 2108–09. doi:10.1016/S0140-6736(09)61145-4. PMID 19541030. S2CID 27656702. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 5 April 2021.
  17. Liang ST, Liang LT, Rosen JM (May 2021). ”COVID-19: a comparison to the 1918 influenza and how we can defeat it”. Postgraduate Medical Journal. 97 (1147): 273–274. doi:10.1136/postgradmedj-2020-139070. PMC 8108277. PMID 33563705. Archived from the original on 10 July 2021. Retrieved 10 July 2021.
  18. Davis 2013, p. 7: ”In short, although the Spanish flu ’had nothing ”Spanish” about it,’ from a strictly epidemiological perspective, its discursive link to the Iberian nation is beyond dispute. The importance of narrative for a historically informed appreciation of the epidemic stems from the importance of this discursive link and is tied directly to the scientific uncertainty about the etiological agent of the epidemic;”
  19. ”Biblical Hebrew Words and Meaning”. hebrewversity. 14 March 2018. Retrieved 11 August 2021. in the original Hebrew the people of Israel asked: ”Ma’n Hu?” {?מן הוא} – English for ’what is it?’ and that is the origin of the name ’manna’
  20. Spinney 2018, p. 65: ”In Freetown, a newspaper suggested that the disease be called manhu until more was known about it. Manhu, a Hebrew word meaning ’what is it?’
  21. Cole F (1994), Sierra Leone and World War 1, University of London, School of Oriental and African Studies, p. 213, 10731720, retrieved 11 August 2021 – via ProQuest Dissertations Publishing, local interpretations of the crisis had become deeply reminiscent of the increasing disobedience of the Israelites in the wilderness of Sin. It was therefore urged that the epidemic be called ’Man hu,’ (an obvious corruption of ”manna”) meaning ’what is it?’
  22. Sierra Leone Weekly News, XXXV, 9 July 1918, p. 6 quoted in Mueller JW (1998), p. 8.
  23. Hammond JA, Rolland W, Shore TH (14 July 1917). ”Purulent Bronchitis”. The Lancet. 190 (4898): 41–46. doi:10.1016/s0140-6736(01)56229-7. ISSN 0140-6736. Alt URL
  24. Radusin M (September 2012). ”The Spanish flu–Part I: the first wave”. Vojnosanitetski Pregled. 69 (9): 812–817. ISSN 0042-8450. PMID 23050410. the Purple Death … name resulted from the specific skin colour in the most severe cases of the diseased, who by the rule also succumbed to the disease, and is also at the same time the only one which does not link this disease with the Iberian peninsula. This name is actually the most correct.
  25. McCord CP (8 November 1966). ”The Purple Death. Some things remembered about the influenza epidemic of 1918 at one army camp”. Journal of Occupational Medicine. Industrial Medical Association. 8 (11): 593–598. ISSN 0096-1736. PMID 5334191.
  26. Getz D (19 September 2017). Purple death : the mysterious Spanish flu of 1918. ISBN 978-1-250-13909-2. OCLC 1006711971.
  27. Oxford JS, Gill D (2 September 2019). ”A possible European origin of the Spanish influenza and the first attempts to reduce mortality to combat superinfecting bacteria: an opinion from a virologist and a military historian”. Human Vaccines & Immunotherapeutics. 15 (9): 2009–2012. doi:10.1080/21645515.2019.1607711. ISSN 2164-5515. PMC 6773402. PMID 31121112. Two papers were published in The Lancet in 1917 describing an outbreak of disease constituting ’almost a small epidemic’. The first paper was written by physicians at a hospital center in northern France,3 and the second by a team at an army hospital in Aldershot, in southern England. In both earlier instances and in the 1918 pandemic the disease was characterized by a ’dusky’ cyanosis, a rapid progression from quite minor symptoms to death
  28. Cox J, Gill D, Cox F, Worobey M (1 April 2019). ”Purulent bronchitis in 1917 and pandemic influenza in 1918”. The Lancet Infectious Diseases. 19 (4): 360–361. doi:10.1016/s1473-3099(19)30114-8. ISSN 1473-3099. PMID 30938298. S2CID 91189842.
  29. Honigsbaum M (23 June 2018). ”Spanish influenza redux: revisiting the mother of all pandemics”. The Lancet. 391 (10139): 2492–2495. doi:10.1016/S0140-6736(18)31360-6. PMID 29976462. S2CID 49709093. Labelled ’purulent bronchitis’ for want of a better term, the disease proved fatal in half the cases and many soldiers also developed cyanosis. 2 years later, British respiratory experts, also writing in The Lancet, but this time in the wake of the pandemic, would decide the disease had been ’fundamentally the same condition’ as ’Spanish’ influenza
  30. Shanks GD, MacKenzie A, Waller M, Brundage JF (27 November 2011). ”Relationship between ’purulent bronchitis’ in military populations in Europe prior to 1918 and the 1918-1919 influenza pandemic: Precursors of pandemic influenza”. Influenza and Other Respiratory Viruses. 6 (4): 235–239. doi:10.1111/j.1750-2659.2011.00309.x. PMC 5779808. PMID 22118532.
  31. Storey, C (21 September 2020). ”OLD NEWS: Influenza was an old foe long before 1918”. Arkansas Democrat-Gazette. Opinion. Retrieved 7 August 2021. I came across this seemingly astute analysis in the Dec. 21, 1913, Gazette…. It was a ’Special Cable to the Gazette Through the International News Service.’ Grip Is a Disease Without a Country; All Nations Repudiate Malady: Each Blaming Other Kingdoms, London, Dec. 20. — The grip is a disease without a country, according to a new book just issued which is devoted to the malady. Every country tries to make it out a native of another land…. Eighteenth-century Italian writers say Dr. Hopkirk spoke of ”una influenza di freddo” (influence of cold), and English physicians, mistaking the word influenza for the name of the disease itself, used it. The same term is also used in Germany, where a host of dialect names still prevail, such as lightning catarrh and fog plague.
  32. ”Grippe is not new”. Los Angeles Herald. 14 January 1899. p. 6 col. 6. Retrieved 7 August 2021 – via California Digital Newspaper Collection. French doctors gave it the name of ”la grippe,” which is now anglicized into ”the grip” … It is known all over the world, and there is a disposition in every nation to shift the odium of it upon some other country. Then the Russians call it the Chinese catarrh, the Germans often call it the Russian pest, the Italians name it the German disease, and the French call it sometimes the Italian fever and sometimes the Spanish catarrh.
  33. Davis 2013, p. 27: ”On May 21, 1918, El Liberal published a scant article titled ’Can One Live? The Fashionable Illness.’ Likely the first account in Spain of the Spanish flu, it begins: ’For several days, Madrid has been affected by an epidemic, which fortunately is mild; but which, from what it appears, intends to kill doctors from overwork’…. The following day, El Sol and ABC published their first stories about the epidemic: ’What is the Cause? An Epidemic in Madrid’ and ’Benign Epidemic. The Sickbay in Madrid,’ respectively.”
  34. Alfeirán X (7 December 2015). ”La fiebre de los tres días” [The three-day fever]. La Voz de Galicia (in Spanish). A Coruña. Retrieved 29 July 2021. Las primeras noticias aparecieron en la prensa de Madrid el 21 de mayo de 1918. [The first news appeared in the press of Madrid on 21 May 1918.]
  35. McClure J (1 May 2009). ”Spanish flu of 1918 no three-day fever. Try 365-day worldwide plague”. York Daily Record. Retrieved 29 July 2021.
  36. Calleja S (29 July 2021). ”La fiebre de los tres días” [The three-day fever]. Diario de León (in Spanish). León, Spain. Retrieved 21 October 2018.
  37. ”Impacto de la gripe de 1918 en España”. Comité Asesor de Vacunas de la Asociación Española de Pediatría [Vaccine Advisory Committee of the Spanish Association of Pediatrics] (in Spanish). Retrieved 29 July 2021. En España, se le llamó al principio ’la fiebre de los tres días’, atendiendo a la creencia, como en otros países, de que la gripe era una enfermedad leve. Las primeras noticias sobre la gripe, llamando la atención sobre que algo distinto estaba ocurriendo, aparecieron en la prensa a finales de mayo. Por ej. en el diario ABC el 22 de mayo mediante una escueta nota en la página 24: ’Los médicos han comprobado, en Madrid, la existencia de una epidemia de índole gripal, muy propagada, pero, por fortuna, de carácter leve’. [In Spain, it was initially called ’the three-day fever’, based on the belief, as in other countries, that the flu was a mild illness. The first reports about the flu, drawing attention to the fact that something different was happening, appeared in the press at the end of May. For example, in the newspaper ABC on 22 May, through a brief note on page 24: ”The doctors have verified, in Madrid, the existence of an epidemic of a influenza nature, very widespread, but, fortunately, of a mild nature.’]
  38. Killingray D, Phillips H (2 September 2003). The Spanish Influenza Pandemic of 1918-1919: New Perspectives. Routledge. ISBN 978-1-134-56640-2. In the popular mind calamities often need to have their origin and cause identified and other countries or peoples credited with blame. This xenophobic response has been common in Europe, that impulse to blame others or the silent places of the Asian heartlands for the source of disease.
  39. Hoppe T (November 2018). ””Spanish Flu”: When Infectious Disease Names Blur Origins and Stigmatize Those Infected”. American Journal of Public Health. 108 (11): 1462–1464. doi:10.2105/AJPH.2018.304645. PMC 6187801. PMID 30252513.
  40. Bax D (2020). ”Pandemie – Welt im Fieber” [Pandemic – World in Fever]. www.freitag.de (in German) (13). Retrieved 31 July 2021. In Großbritannien wurde die Krankheit dagegen als ’Flandrische Grippe’ bezeichnet, weil sich viele —en in den Schützengräben von Flandern ansteckten. [In Britain, on the other hand, the disease was called the ’Flanders flu’ because many soldiers became infected in the trenches of Flanders.]
  41. Reynolds JR (1866). A System of Medicine. 1. Macmillan. pp. 30–31. One is, that every epidemic owns one unknown source, whence it spreads; each nation, in turn, attributing to its neighbour from whom it derived the disease, the unenviable honour of originating it. Thus the Italians have termed it the German disease; the Germans, the Russian pest; the Russians, the Chinese Catarrh;
  42. Harrison MA, Claiborne JH Jr, eds. (January 1890). ”Editorials: La Grippe”. Gaillard’s Medical Journal. 50: 217. The outbreak immediately preceding the present one was in 1879, and has been well described by Da Costa. Like every other disease about whose pathology we know very little, this malady has not a scientifically correct name, but at different times and in different countries has received names which are almost purely local; thus the Russians have called it the Chinese catarrh, because it has often invaded Russia from China. The Germans call it the Russian pest, while the Italians in turn call it the German disease.
  43. Davis KC (2018). More deadly than war : the hidden history of the Spanish flu and the First World War (First ed.). New York. ISBN 978-1-250-14512-3. OCLC 1034984776. The Russians called it the Chinese flu. In Japan, it was wrestler’s fever. In South Africa, it was known as either the white man’s sickness or kaffersiekte blacks’ disease. Soldiers fighting in the Great War called it the three-day fever—a highly inaccurate description—and when it first struck in the spring of 1918, German soldiers called it Flanders fever, after one of the war’s most notorious and deadly battlefields
  44. Porras-Gallo & Davis 2014, p. 51.
  45. Galvin 2007.
  46. Own Correspondent (2 June 1918). ”The Spanish Epidemic”. The Times. London. Retrieved 29 July 2021. The unknown disease which appeared in Madrid a fortnight ago spread with remarkable rapidity…. It is reported that there are well over 100,000 victims in Madrid alone…. Although the disease is clearly of a gripal character…
  47. ”The Spanish Influenza; A Sufferer’s Symptoms”. The Times. London. 25 June 1918. Retrieved 29 July 2021.
  48. ”Public Notice; ’Spanish Influenza’ Epidemic”. The Times. London. 28 June 1918. Retrieved 11 August 2021.
  49. Arnold C (13 September 2018). ”Eat More Onions!”. Lapham’s Quarterly. Retrieved 12 August 2021. daily newspapers carried an increasing number of advertisements for influenza-related remedies as drug companies played on the anxieties of readers and reaped the benefits. From the Times of London to the Washington Post, page after page was filled with dozens of advertisements for preventive measures and over-the-counter remedies. ’Influenza!’ proclaimed an advert extolling the virtues of Formamint lozenges.
  50. Daniels R (29 April 2018) [1998 Mill Hill Essays]. ”In Search of an Enigma: The ”Spanish Lady””. NIMR History. Archived from the original on 29 April 2018. Retrieved 9 August 2021 – via web.archive.org. In turn, when Russia reported on the situation in Moscow, Pravda printed ”Ispanka (The Spanish Lady) is in town” and the name has stuck.
  51. Trilla A, Trilla G, Daer C (September 2008). ”The 1918 ”Spanish flu” in Spain”. Clinical Infectious Diseases. 47 (5): 668–73. doi:10.1086/590567. PMID 18652556.
  52. ”Spanish flu facts”. Channel 4 News. Archived from the original on 27 January 2010.
  53. Anderson S (29 August 2006). ”Analysis of Spanish flu cases in 1918–1920 suggests transfusions might help in bird flu pandemic”. American College of Physicians. Archived from the original on 25 November 2011. Retrieved 2 October 2011.
  54. Barry 2004, p. 171.
  55. Spinney L (29 September 2018). ”The centenary of the 20th century’s worst catastrophe”. The Economist. Science & technology. ISSN 0013-0613. Retrieved 3 August 2021. On June 29th 1918 Martín Salazar, Spain’s inspector-general of health, stood up in front of the Royal Academy of Medicine in Madrid. He declared, not without embarrassment, that the disease which was ravaging his country was to be found nowhere else in Europe. In fact, that was not true. The illness in question, influenza, had been sowing misery in France and Britain for weeks, and in America for longer, but Salazar did not know this because the governments of those countries, a group then at war with Germany and its allies, had made strenuous efforts to suppress such potentially morale-damaging news.
  56. ”Madrid Letter”. Journal of the American Medical Association. 71 (19): 1594. 9 November 1918.
  57. Radusin M (September 2012). ”The Spanish flu – Part I: the first wave”. Vojnosanitetski Pregled. 69 (9): 812–817. ISSN 0042-8450. PMID 23050410. ’The Serbian Newspaper’ wrote in the period October 23 / November 5, 1918 at the peak of the second, deadliest wave of the pandemic: ’Various countries have been assigning the origin of this imposing guest to each other for quite some time, and at one point in time they agreed to assign its origin to the kind and neutral Spain, which had been fighting off this honour just as much as German submarines, so imposing in their search for hospitality off Spanish shores.’
  58. Vázquez-Espinosa E, Laganà C, Vázquez F (October 2020). ”The Spanish flu and the fiction literature”. Revista Espanola de Quimioterapia. 33 (5): 296–312. doi:10.37201/req/049.2020. PMC 7528412. PMID 32633114. French journalists had, initially, called it the ’American flu’; but the fact that the American soldiers were his allies in the warlike conflict advised not to assign such a link to them…. Another most popular name in Madrid, was the ’Soldado de Nápoles’ (Naples soldier), a popular song in the zarzuela (popular musical genre or ’género chico’ in Spain) called La canción del olvido (The forgotten song) due both, were ’highly contagious’. Today, there are many authors who avoid such a name (the Spanish flu) and they aptly refer to it as the ’1918- 1819[sic] influenza pandemic’
  59. Müller S (2020). ”Spanische Grippe” [The Spanish Flu]. www.fes.de (in German). Bonn: Friedrich Ebert Foundation. Retrieved 31 July 2021. In Europa wurde die Spanischer Grippe auch als ’Blitzkatarrh’, als ’Flandern-Fieber’, ’flandische Grippe’, bei Engländern und Amerikanern als ’three-day’- oder ’knock-me-down’-Fieber, und in Frankreich als ’la grippe’, als ’bronchite purulente’ (eitrige Bronchitis) oder beim französische Militärärzte als ’Krankheit 11’ (maladie onze) bezeichnet. Die Benennung von Krankheiten und insbesondere Seuchen nach ihrem vermuteten Ursprungsort ist nichts Ungewöhnliches. Es ist der Versuch, einem Geschehen auf die Spur zu kommen. Zugleich werden auf diese Weise Krankheiten als etwas Äußerliches gekennzeichnet, als etwas Fremdes, das eingedrungen ist oder eingeschleppt wurde. [In Europe, the Spanish flu was also referred to as ’Blitzkatarrh’, as ’Flanders fever’, ’Flanders flu’, in English and Americans as ’three-day’ or ’knock-me-down’ fever, and in France as ’la flu’, as ’bronchite purulente’ purulent bronchitis) or by French military doctors as ’disease 11’ (maladie onze). The naming of diseases and especially epidemics according to their presumed place of origin is nothing unusual. It is an attempt to track down what is happening. At the same time, in this way, diseases are marked as something external, as something foreign that has invaded or been introduced.]
  60. Cotter C (23 April 2020). ”From the ’Spanish Flu’ to COVID-19: lessons from the 1918 pandemic and First World War”. Humanitarian Law & Policy. International Committee of the Red Cross. Retrieved 7 August 2021. Many other nicknames were given to the pandemic, many based on nationality or race: ’Spanish Lady’, ’French Flu’, ’Naples Soldier’, ’Purple Death’, ’War Plague’, ’Flanders Grippe’, ’Kirghiz Disease’, ’Black Man’s Disease’, ’Hun Flu’, ’German Plague’, ’Bolshevik Disease’ or even the ’Turco-Germanic bacterium criminal entreprise’. These discriminatory epithets reflect the many rumors and theories that quickly spread about the origins of the pathology.
  61. Spinney 2018, p. 58.
  62. Davis 2013, pp. 103–36.
  63. Landgrebe P (29 December 2018). ”100 Years After: The Name of Death”. History Campus. Archived from the original on 16 August 2020. Retrieved 16 August 2020.
  64. Rodríguez LP, Palomba AL (5 March 2019). ”How is the adjective ’Spanish’ used in other languages?”. El País (English ed.). Madrid. Retrieved 1 August 2021. The use of ’Spanish’ can often have negative connotations, with the adjective often unfairly used to describe unwelcome events and problems. The most obvious example is the so-called ’Spanish flu,’ a reference to the 1918 influenza pandemic…
  65. O’Reilly T (13 May 2020). ”How the Spanish Flu wasn’t Spanish at all”. CBC Radio. Under the Influence. Retrieved 1 August 2021. Medical professionals and officials in Spain protested. They said the Spanish people were being falsely stigmatized…. If you’ve ever wondered about the staying power of a brand, the ’Spanish Flu’ is a case in point. A full 100 years later, the ’Spanish Flu’ is still referenced — and still remains a source of irritation in Spain.
  66. Takon L (7 April 2020). ”Fighting words: how war metaphors can trigger racism”. The Lighthouse. Macquarie University. Retrieved 8 August 2021. the names given to this disease in different parts of the world reflected prevailing concerns about certain ethnic groups and ideologies. The disease was called the ’Singapore fever’ in Penang and the Bolshevik disease in Poland.
  67. Phillips, H. (1990). Black October: The Impact of the Spanish Influenza Epidemic of 1918 on South Africa. Government Printer, South Africa. ISBN 978-0-7970-1580-7. In one area where Blacks were the first victims, the accusatory term ’Kaffersiekte’ was coined; in another district, where the position was reversed, Blacks returned the compliment with, White man’s sickness’
  68. 余録:「春のさきぶれ」といえば何か聞こえが良いが… [Speaking of ”spring sekibu”, something sounds good…]. =毎日新聞 [Mainichi Shimbun morning newspaper] (in Japanese). 15 May 2020. Retrieved 8 August 2021. 翌月の東京の夏場所は高熱などによる全休力士が相次いだ。世間はこれを「相撲風邪」「力士風邪」と呼んだが、実はこの謎の感染症こそが同年初めから米国で流行の始まった「スペイン風邪」とみられている。 [The following month, a number of sumo wrestlers were absent from the summer tournament in Tokyo due to high fevers. People called it the ”sumo flu” or ”wrestler flu,” but in fact, this mysterious infection is believed to be the Spanish flu, which began spreading in the United States early that year.]
  69. Suzuki K (6 April 2020). ”The Spanish Flu in Japan and Its Parallels to COVID-19”. Unseen Japan. Retrieved 8 August 2021. The 1918 Influenza epidemic began in Japan in late August 1918 and became a national epidemic in November. Experts believe it entered Japan through a group of sumo wrestlers returning from Taiwan (a colony of Japan at the time). Because of this, for a while, people in Japan called it the ’sumo flu.’
  70. ”How the Spanish flu of 1918-20 ravaged Japan”. Japan Today. Retrieved 8 August 2021. The first patients in Japan, reported Shukan Gendai (May 2–9), began showing symptoms around April 1918. Initially the disease was referred to as the ”Sumo Kaze” (sumo cold) because a contingent of sumo wrestlers contracted it while on a tour of Taiwan. Three well known grapplers, Masagoishi, Choshunada and Wakagiyama, died before they could return from Taiwan. As the contagion spread, the summer sumo tournament, which would have been held on the grounds of Yasukuni shrine, was cancelled.
  71. Dionne & Turkmen 2020, pp. 213–230.
  72. ”WHO issues best practices for naming new human infectious diseases”. www.who.int. 8 May 2015. Retrieved 4 August 2021.
  73. ”Pandemic influenza: an evolving challenge”. World Health Organization. 22 May 2018. Archived from the original on 20 March 2020. Retrieved 20 March 2020.
  74. ”Influenza pandemic of 1918–19”. Encyclopaedia Britannica. 4 March 2020. Archived from the original on 20 March 2020. Retrieved 20 March 2020.
  75. Chodosh S (18 March 2020). ”What the 1918 flu pandemic can teach us about COVID-19, in four charts”. PopSci. Archived from the original on 24 December 2020. Retrieved 20 March 2020.
  76. Mueller JW (1998). What’s in a name. Spanish Influenza in sub-Saharan Africa and what local names say about the perception of this pandemic. Spanish ’Flu 1918–1998: Reflections on the Influenza Pandemic of 1918 after 80 Years. Cape Town, South Africa. Retrieved 13 August 2021.
  77. Phillips H (8 October 2014). ”Influenza Pandemic (Africa)”. encyclopedia.1914-1918-online.net. International Encyclopedia of the First World War (WW1). Retrieved 13 August 2021.
  78. Great Britain Ministry of Health (1920). Report on the Pandemic of Influenza, 1918–19. H.M. Stationery Office. There was a high west wind at the time and this was thought to be the carrying agent so that the affliction was called ’the disease of the wind.’
  79. Afkhami AA (5 February 2019). A Modern Contagion: Imperialism and Public Health in Iran’s Age of Cholera. JHU Press. ISBN 978-1-4214-2722-5. In Tehran, the disease was called the ”illness of the wind” (nakhushi-yi bad) due to its initial occurrence during a strong westerly wind burst and its rapid spread.
  80. Archives of Internal Medicine. 24. Chicago: American Medical Association. 1919. As this included the period of the great influenza epidemic when Type IV infections were usually prevalent, it will be seen that the proportion of fixed types among carriers and among cases is not far from the same.
  81. United States Surgeon-General’s Office (1920). Report of the Surgeon-General of the Army to the Secretary of War for the Fiscal Year Ending June 30, 1919. War Department Annual Reports. I. U.S. Government Printing Office. On September 13, 1918, the first cases of the great influenza epidemic were admitted, and during the next 10 weeks over 4,100 patients were admitted.
  82. Spinney 2018, p. 64: ”In … Rhodesia (Zimbabwe) … officials labelled the new affliction ’influenza (vera)’, adding the Latin word vera, meaning ’true’ … German doctors … called it ’pseudo-influenza'”
  83. Cross A (29 March 2020). ”A look at art and music created in times of pandemic”. Global News (Canada). Retrieved 9 August 2021. Another rhyme with deadly origins appeared during a worldwide influenza pandemic in 1889-1890. Certain the disease could be stopped by sealing up the home from the poisoned air outside, this safety tip emerged in schools: There was a little girl, and she had a little bird; And she called it by the pretty name of Enza; But one day it flew away, but it didn’t go to stay; For when she raised the window, in-flu-Enza
  84. University Libraries. ”WWI Exhibit: Influenza Pandemic”. content.lib.washington.edu. University of Washington. Retrieved 9 August 2021.
  85. Hakim J (September 2002). War, Peace, and All that Jazz. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-515335-4. In flew Enza—say it fast and it becomes ’influenza.’ It was a catchy little rhyme, and boys and girls skipped rope to it.
  86. Honigsbaum M (18 October 2016). Living with Enza: The Forgotten Story of Britain and the Great Flu Pandemic of 1918. Springer. ISBN 978-0-230-23921-0. A popular playground skipping rhyme caught the ease with which this ’new disease’ was transmitted: I had a little bird; Its name was Enza; I opened the window; And in-flu-enza. As influenza spread from Glasgow to Aberdeen, and from Liverpool to London’s Mile End, it was not long before playgrounds throughout the country echoed to the chant.
  87. March PC (4 September 1932). ”General March’s Narrative: Glimpses of Woodrow Wilson”. The New York Times. p. XX3, Special Features section.
  88. ”The 1918 Flu Pandemic Killed Hundreds of Thousands of Americans. The White House Never Said a Word About It”. Time. Retrieved 10 August 2021. Crosby’s America’s Forgotten Pandemic: The Influenza of 1918, Wilson asked Army Chief of Staff General Peyton March in October 1918 if he had heard of the popular jump rope rhyme parodying the virus, and recited part of it.
  89. Spinney 2018, p. 36.
  90. ”1918 Flu (Spanish flu epidemic)”. Avian Bird Flu. Archived from the original on 21 May 2008.
  91. Sheidlower N (17 March 2020). ”How NYC Survived the 1918 Spanish Flu Pandemic”. Untapped New York. Archived from the original on 29 September 2020. Retrieved 8 October 2020.
  92. Billings 1997.
  93. ”The Memoirs of Herbert Hoover: Years of Adventure, 1874–1920. (New York: Macmillan Company. 1951. pp. xi, 496.) and Herbert Hoover and the Russian Prisoners of World War I: A Study in Diplomacy and Relief, 1918–1919. By Edward F. Willis. (Stanford: Stanford University Press. 1951. pp. viii, 67.)”. The American Historical Review: 12. 2011. doi:10.1086/ahr/57.3.709. ISSN 1937-5239.
  94. Spinney 2018, p. 37.
  95. ”Queer Epidemic Sweeps North China; Banks and Silk Stores in Peking Closed – Another Loan Sought from Japan”. The New York Times. 1 June 1918. ISSN 0362-4331. Archived from the original on 24 June 2020. Retrieved 22 June 2020.
  96. Patterson & Pyle 1991.
  97. ”Mortality Statistics 1918: Nineteenth Annual Report” (PDF). United States Census Bureau. 1920. p. 28. Archived (PDF) from the original on 11 July 2020. Retrieved 29 May 2020.
  98. Erkoreka A (March 2010). ”The Spanish influenza pandemic in occidental Europe (1918–1920) and victim age”. Influenza and Other Respiratory Viruses. 4 (2): 81–89. doi:10.1111/j.1750-2659.2009.00125.x. PMC 5779284. PMID 20167048.
  99. Spinney 2018, p. 38.
  100. Byerly CR (April 2010). ”The U.S. military and the influenza pandemic of 1918–1919”. Public Health Reports. 125 (Suppl 3): 82–91. doi:10.1177/00333549101250S311. PMC 2862337. PMID 20568570.
  101. Spinney 2018, p. 39.
  102. ”Atatürk işgalcilerden önce İspanyol Gribini yenmişti”. www.sozcu.com.tr (in Turkish). Archived from the original on 8 November 2020. Retrieved 2 November 2020.
  103. Spinney 2018, p. 40.
  104. Barry JM (2005). The Great Influenza. United States: Penguin Books. p. 270. ISBN 0-670-89473-7. On September 15, New York City’s first influenza death occurred.
  105. Flynn M (12 March 2020). ”What happens if parades aren’t canceled during pandemics? Philadelphia found out in 1918, with disastrous results”. The Washington Post. Archived from the original on 4 July 2020. Retrieved 9 July 2020.
  106. Spinney 2018, p. 41.
  107. Spinney 2018, p. 42.
  108. Kenner R (18 January 2010). ”Influenza 1918”. American Experience. Season 10. Episode 5. PBS. WGBH. Archived from the original on 27 May 2020. Transcript. Retrieved 27 May 2020.
  109. ”Epidemic Influenza”. p. 93. Archived from the original on 4 July 2020. Retrieved 4 July 2020.
  110. Radusin M (October 2012). ”The Spanish flu – part II: the second and third wave”. Vojnosanitetski Pregled. 69 (10): 917–27. PMID 23155616. Archived from the original on 9 July 2020. Retrieved 23 April 2020.
  111. ”1918 Pandemic Influenza: Three Waves”. Centers for Disease Control and Prevention. 11 May 2018. Archived from the original on 23 April 2020. Retrieved 23 April 2020.
  112. Najera RF (2 January 2019). ”Influenza in 1919 and 100 Years Later”. College of Physicians of Philadelphia. Archived from the original on 24 July 2020. Retrieved 23 April 2020.
  113. ”Here are Exact Facts About the Influenza and Its Toll in City, State, Nation, world”. Los Angeles Times. 9 February 1919. Archived from the original on 24 July 2020. Retrieved 10 May 2020.
  114. Vaughan WT (July 1921). ”Influenza: An Epidemiologic Study”. American Journal of Hygiene. ISBN 978-0-598-84038-7. Archived from the original on 24 July 2020. Retrieved 11 May 2020.
  115. ”Mortality Statistics 1919: Twentieth Annual Report” (PDF). United States Census Bureau. 1921. p. 30. Archived (PDF) from the original on 12 July 2020. Retrieved 11 May 2020.
  116. Ansart S, Pelat C, Boelle PY, Carrat F, Flahault A, Valleron AJ (May 2009). ”Mortality burden of the 1918–1919 influenza pandemic in Europe”. Influenza and Other Respiratory Viruses. 3 (3): 99–106. doi:10.1111/j.1750-2659.2009.00080.x. PMC 4634693. PMID 19453486.
  117. ”How the 1918 flu pandemic rolled on for years: a snapshot from 1920”. The Guardian. Archived from the original on 6 April 2020. Retrieved 30 April 2020.
  118. Vaughan WT (July 1921). ”Influenza: An Epidemologic Study”. The American Journal of Hygiene. p. 91. Archived from the original on 6 October 2020. Retrieved 13 August 2020.
  119. Spinney 2018, p. 43.
  120. [1]
  121. Crosby 2003.
  122. Worobey M, Cox J, Gill D (2019). ”The origins of the great pandemic”. Evolution, Medicine, and Public Health. 2019 (1): 18–25. doi:10.1093/emph/eoz001. PMC 6381288. PMID 30805187. S2CID 67863937.
  123. ”Grippe : un virus plurimillénaire et ravageur découvert seulement en 1933” [Influenza: a multi-millennial and pest virus discovered only in 1933]. France Culture (in French). 16 January 2019. Retrieved 29 July 2021.
  124. Valentine V (20 February 2006). ”Origins of the 1918 Pandemic: The Case for France”. National Public Radio. Archived from the original on 30 April 2009. Retrieved 13 April 2020.
  125. Oxford JS (December 2001). ”The so-called Great Spanish Influenza Pandemic of 1918 may have originated in France in 1916”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. Royal Society. 356 (1416): 1857–59. doi:10.1098/rstb.2001.1012. PMC 1088561. PMID 11779384.
  126. Connor S (8 January 2000). ”Flu epidemic traced to Great War transit camp”. The Guardian. UK. Archived from the original on 12 May 2009. Retrieved 9 May 2009.
  127. Oxford JS, Lambkin R, Sefton A, Daniels R, Elliot A, Brown R, Gill D (January 2005). ”A hypothesis: the conjunction of soldiers, gas, pigs, ducks, geese and horses in northern France during the Great War provided the conditions for the emergence of the ”Spanish” influenza pandemic of 1918–1919″ (PDF). Vaccine. 23 (7): 940–45. doi:10.1016/j.vaccine.2004.06.035. PMID 15603896. Archived from the original (PDF) on 12 March 2020. Retrieved 12 March 2020.
  128. Shanks GD (January 2016). ”No evidence of 1918 influenza pandemic origin in Chinese laborers/soldiers in France”. Journal of the Chinese Medical Association. 79 (1): 46–48. doi:10.1016/j.jcma.2015.08.009. PMID 26542935.
  129. Price-Smith 2008.
  130. Ansart S, Pelat C, Boelle PY, Carrat F, Flahault A, Valleron AJ (May 2009). ”Mortality burden of the 1918–1919 influenza pandemic in Europe”. Influenza and Other Respiratory Viruses. Wiley. 3 (3): 99–106. doi:10.1111/j.1750-2659.2009.00080.x. PMC 4634693. PMID 19453486.
  131. Hannoun C (1993). ”La Grippe”. Documents de la Conférence de l’Institut Pasteur. La Grippe Espagnole de 1918. Ed Techniques Encyclopédie Médico-Chirurgicale (EMC), Maladies infectieuses. 8-069-A-10.
  132. Humphries 2014.
  133. Vergano D (24 January 2014). ”1918 Flu Pandemic That Killed 50 Million Originated in China, Historians Say”. National Geographic. Archived from the original on 26 January 2014. Retrieved 4 November 2016.
  134. Spinney 2018, p. 143.
  135. Killingray D, Phillips H (2003). The Spanish Influenza Pandemic of 1918–1919: New Perspectives. Routledge. ISBN 978-1-134-56640-2. Archived from the original on 9 May 2021. Retrieved 9 November 2020.
  136. Langford C (2005). ”Did the 1918-19 Influenza Pandemic Originate in China?”. Population and Development Review. 31 (3): 473–505. doi:10.1111/j.1728-4457.2005.00080.x. JSTOR 3401475.
  137. Cheng KF, Leung PC (July 2007). ”What happened in China during the 1918 influenza pandemic?”. International Journal of Infectious Diseases. 11 (4): 360–64. doi:10.1016/j.ijid.2006.07.009. PMID 17379558.
  138. Vergano D. ”1918 Flu Pandemic That Killed 50 Million Originated in China, Historians Say”. National Geographic. Archived from the original on 3 March 2020. Retrieved 5 March 2020.
  139. Saunders-Hastings PR, Krewski D (December 2016). ”Reviewing the History of Pandemic Influenza: Understanding Patterns of Emergence and Transmission”. Pathogens. 5 (4): 66. doi:10.3390/pathogens5040066. PMC 5198166. PMID 27929449.
  140. Mills CE, Robins JM, Lipsitch M (December 2004). ”Transmissibility of 1918 pandemic influenza”. Nature. 432 (7019): 904–06. Bibcode:2004Natur.432..904M. doi:10.1038/nature03063. PMC 7095078. PMID 15602562. Archived from the original on 25 June 2020. Retrieved 24 June 2020.
  141. Qureshi 2016, p. 42.
  142. Ewald 1994.
  143. ”The Spanish Flu pandemic of 1918”. The History Press. Archived from the original on 13 January 2021. Retrieved 20 February 2021.
  144. Illing S (20 March 2020). ”The most important lesson of the 1918 influenza pandemic: Tell the damn truth”. Vox. Archived from the original on 25 March 2020. John M. Barry : The government lied. They lied about everything. We were at war and they lied because they didn’t want to upend the war effort. You had public health leaders telling people this was just the ordinary flu by another name. They simply didn’t tell the people the truth about what was happening.
  145. Gladwell 1997, p. 55.
  146. Gladwell 1997, p. 63.
  147. Fogarty International Center. ”Summer Flu Outbreak of 1918 May Have Provided Partial Protection Against Lethal Fall Pandemic”. Fic.nih.gov. Archived from the original on 27 July 2011. Retrieved 19 May 2012.
  148. Gladwell 1997, p. 56.
  149. Spinney 2018, pp. 45–47.
  150. Knobler 2005.
  151. Morris DE, Cleary DW, Clarke SC (2017). ”Secondary Bacterial Infections Associated with Influenza Pandemics”. Frontiers in Microbiology. 8: 1041. doi:10.3389/fmicb.2017.01041. PMC 5481322. PMID 28690590.
  152. ”Bacterial Pneumonia Caused Most Deaths in 1918 Influenza Pandemic”. National Institutes of Health. 23 September 2015. Archived from the original on 22 April 2016. Retrieved 17 April 2016.
  153. Taubenberger et al. 2001, pp. 1829–39.
  154. Morens DM, Taubenberger JK, Fauci AS (October 2008). ”Predominant role of bacterial pneumonia as a cause of death in pandemic influenza: implications for pandemic influenza preparedness”. The Journal of Infectious Diseases. 198 (7): 962–70. doi:10.1086/591708. PMC 2599911. PMID 18710327.
  155. Barry 2004.
  156. Spinney 2018, p. 61.
  157. ”Washington State Board of Health pessimistic about influenza pandemic in a report to the governor on January 1, 1919”. www.historylink.org. Archived from the original on 21 July 2020. Retrieved 21 July 2020.
  158. Spinney 2018, p. 62.
  159. Foxman EF, Storer JA, Fitzgerald ME, Wasik BR, Hou L, Zhao H, et al. (January 2015). ”Temperature-dependent innate defense against the common cold virus limits viral replication at warm temperature in mouse airway cells”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (3): 827–32. Bibcode:2015PNAS..112..827F. doi:10.1073/pnas.1411030112. PMC 4311828. PMID 25561542.
  160. Lowen AC, Steel J (July 2014). ”Roles of humidity and temperature in shaping influenza seasonality”. Journal of Virology. 88 (14): 7692–95. doi:10.1128/JVI.03544-13. PMC 4097773. PMID 24789791.
  161. Brown JD, Goekjian G, Poulson R, Valeika S, Stallknecht DE (April 2009). ”Avian influenza virus in water: infectivity is dependent on pH, salinity and temperature”. Veterinary Microbiology. 136 (1–2): 20–26. doi:10.1016/j.vetmic.2008.10.027. PMID 19081209.
  162. Foxman EF, Storer JA, Vanaja K, Levchenko A, Iwasaki A (July 2016). ”Two interferon-independent double-stranded RNA-induced host defense strategies suppress the common cold virus at warm temperature”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (30 Suppl 3): 8496–501. doi:10.1073/pnas.1601942113. PMC 4968739. PMID 27402752.
  163. Klugman KP, Chien YW, Madhi SA (August 2009). ”Pneumococcal pneumonia and influenza: a deadly combination”. Vaccine. 27 (s3): C9–C14. doi:10.1016/j.vaccine.2009.06.007. PMID 19683658.
  164. Bengtsson D, Safi K, Avril A, Fiedler W, Wikelski M, Gunnarsson G, et al. (February 2016). ”Does influenza A virus infection affect movement behaviour during stopover in its wild reservoir host?”. Royal Society Open Science. 3 (2): 150633. Bibcode:2016RSOS….350633B. doi:10.1098/rsos.150633. PMC 4785985. PMID 26998334.
  165. Tolf C, Bengtsson D, Rodrigues D, Latorre-Margalef N, Wille M, Figueiredo ME, et al. (2012). ”Birds and viruses at a crossroad – surveillance of influenza A virus in Portuguese waterfowl”. PLOS ONE. 7 (11): e49002. Bibcode:2012PLoSO…749002T. doi:10.1371/journal.pone.0049002. PMC 3492218. PMID 23145046.
  166. Tucker MA, Böhning-Gaese K, Fagan WF, Fryxell JM, Van Moorter B, Alberts SC, et al. (January 2018). ”Moving in the Anthropocene: Global reductions in terrestrial mammalian movements”. Science. 359 (6374): 466–69. Bibcode:2018Sci…359..466T. doi:10.1126/science.aam9712. PMID 29371471.
  167. Blakemore E (3 October 2020). ”Catastrophic effect of 1918 flu may have been aided by peculiar influx of cold air into Europe during WWI”. The Washington Post. Archived from the original on 11 December 2020. Retrieved 29 November 2020.
  168. Kent L (28 September 2020). ”How environmental conditions like cold and wet weather can affect pandemics, and what that means for COVID-19”. CNN. Archived from the original on 2 December 2020. Retrieved 29 November 2020.
  169. Powell A (5 October 2020). ”Six-year deluge linked to Spanish flu, World War I deaths”. Harvard Gazette. Archived from the original on 27 November 2020. Retrieved 29 November 2020.
  170. ”Gauze Mask to Halt Spread of Plague”. The Washington Times. 27 September 1918. p. 3. Archived from the original on 8 October 2020. Retrieved 5 October 2020.
  171. Hauck G, Gellis K (22 November 2020). ”We’re celebrating Thanksgiving amid a pandemic. Here’s how we did it in 1918 – and what happened next”. USA Today. Archived from the original on 21 November 2020.
  172. Spinney 2018, pp. 83–84.
  173. Spinney 2018, pp. 87–88.
  174. Spinney 2018, p. 91.
  175. ”How NYC beat deadly 1918 flu without vaccines, lockdowns, mask mandates or school closures”. silive. 20 September 2021. Retrieved 23 September 2021.
  176. Bootsma MC, Ferguson NM (May 2007). ”The effect of public health measures on the 1918 influenza pandemic in U.S. cities”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (18): 7588–93. doi:10.1073/pnas.0611071104. PMC 1849868. PMID 17416677. S2CID 11280273.
  177. Spinney 2018, pp. 109–10.
  178. Spinney 2018, pp. 111–12.
  179. Spinney 2018, p. 92.
  180. Spinney 2018, p. 69.
  181. Spinney 2018, p. 70.
  182. Taubenberger & Morens 2006, p. 19.
  183. Taubenberger & Morens 2006, p. 17.
  184. ”Ten things you need to know about pandemic influenza (update of 14 October 2005)” (PDF). Relevé Épidémiologique Hebdomadaire. 80 (49–50): 428–31. December 2005. PMID 16372665. Archived (PDF) from the original on 27 July 2021. Retrieved 11 March 2020.
  185. Jilani TN, Jamil RT, Siddiqui AH (14 December 2019). ”H1N1 Influenza (Swine Flu)”. StatPearls. Treasure Island, FL: StatPearls. PMID 30020613. Archived from the original on 12 March 2020. Retrieved 11 March 2020 – via NCBI.
  186. Johnson & Mueller 2002.
  187. Chandra S, Christensen J (July 2019). ”Re: ”Reassessing the Global Mortality Burden of the 1918 Influenza Pandemic””. American Journal of Epidemiology. 188 (7): 1404–06. doi:10.1093/aje/kwz044. PMID 30824934. and response Spreeuwenberg P, Kroneman M, Paget J (July 2019). ”The Authors Reply” (PDF). American Journal of Epidemiology. 188 (7): 1405–06. doi:10.1093/aje/kwz041. PMID 30824908. Archived from the original (PDF) on 12 March 2020. Retrieved 12 March 2020.
  188. ”Historical Estimates of World Population”. Archived from the original on 9 July 2012. Retrieved 29 March 2013.
  189. Mayor S (October 2000). ”Flu experts warn of need for pandemic plans”. BMJ. 321 (7265): 852. doi:10.1136/bmj.321.7265.852. PMC 1118673. PMID 11021855.
  190. Chandra, Kuljanin & Wray 2012.
  191. David Arnold, ”Dearth and the Modern Empire: The 1918–19 Influenza Epidemic in India,” Transactions of the Royal Historical Society 29 (2019): 181–200.
  192. Sreevatsan A (12 March 2020). ”Why 1918 matters in India’s corona war”. mint. Archived from the original on 18 April 2020. Retrieved 7 June 2020.
  193. ”What the history of pandemics tells us about coronavirus”. Hindustan Times. 15 April 2020. Archived from the original on 21 April 2020. Retrieved 7 June 2020.
  194. Murray CJ, Lopez AD, Chin B, Feehan D, Hill KH (December 2006). ”Estimation of potential global pandemic influenza mortality on the basis of vital registry data from the 1918–20 pandemic: a quantitative analysis”. Lancet. Elsevier. 368 (9554): 2211–18. doi:10.1016/S0140-6736(06)69895-4. PMID 17189032. S2CID 22787011. Archived from the original on 27 September 2020. Retrieved 30 September 2020.
  195. ”Historiallisia Papereita 1”. historiallinenyhdistys.fi. ISSN 1456-8055. Archived from the original on 6 February 2020. Retrieved 24 June 2020.
  196. Åman M (1990). Spanska sjukan: den svenska epidemin 1918–1920 och dess internationella bakgrund (in Swedish). Uppsala; Stockholm: Ubsaliensis Academiae; Distributor, Almqvist & Wiksell International. ISBN 978-91-554-2587-6. OCLC 22451542.
  197. ”Spanish Influenza in Japanese Armed Forces, 1918–1920”. Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
  198. Historical research report from University of Indonesia, School of History, as reported in Emmy Fitri. Looking Through Indonesia’s History For Answers to Swine Flu Archived 2 November 2009 at the Wayback Machine. The Jakarta Globe. 28 October 2009 edition.
  199. Kohn 2007.
  200. ”İSPANYOL GRİBİNİN DÜNYA VE OSMANLI DEVLETİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ” (in Turkish). Archived from the original on 8 November 2020. Retrieved 2 November 2020.
  201. ”1918 flu centenary: How to survive a pandemic”. Archived from the original on 9 July 2019. Retrieved 19 June 2019.
  202. Rice G, Bryder L. Black November: the 1918 influenza pandemic in New Zealand (Second, revised and enlarged ed.). Christchurch, NZ. ISBN 978-1-927145-91-3. OCLC 960210402.
  203. ”1918–1920 – Influenza and Pneumonia Pandemic – Nationwide ~820,000–850,000 – Deadliest American Disasters and Large-Loss-of-Life Events”. Archived from the original on 30 May 2020. Retrieved 22 May 2020.
  204. The Great Pandemic: The United States in 1918–1919, U.S. Department of Health & Human Services.
  205. ”The silent invader – Digital Collections – National Library of Medicine”. Archived from the original on 24 July 2020. Retrieved 15 April 2020.
  206. ”Flu Epidemic Hit Utah Hard in 1918, 1919”. Deseret News. 28 March 1995. Archived from the original on 30 November 2012. Retrieved 7 July 2012.
  207. ”The Great Pandemic of 1918: State by State”. 5 March 2018. Archived from the original on 6 May 2009. Retrieved 4 May 2009.
  208. ”A deadly virus rages throughout Canada at the end of the First World War”. CBC History.
  209. ”A gripe espanhola no Brasil – Elísio Augusto de Medeiros e Silva, empresário, escritor e membro da AEILIJ” (in Portuguese). Jornal de Hoje. Archived from the original on 2 February 2014. Retrieved 22 January 2014.
  210. ”The ”bird flu” that killed 40 million”. BBC News. 19 October 2005. Archived from the original on 7 November 2017. Retrieved 26 April 2009.
  211. Hays 1998.
  212. Marcus H (1996). Haile Sellassie I: The formative years, 1892–1936. Trenton, NJ: Red Sea Press. pp. 36ff.
  213. Pankhurst 1991, pp. 48f.
  214. Pankhurst 1991, p. 63.
  215. Spinney 2018, pp. 167–69.
  216. ”Viruses of mass destruction”. Fortune. CNN. 1 November 2004. Archived from the original on 6 May 2009. Retrieved 30 April 2009.
  217. Spinney 2018, p. 134.
  218. Denoon 2004.
  219. Wishart S (July–August 2018). ”How the 1918 flu spread”. New Zealand Geographic (152): 23. Archived from the original on 3 August 2018. Retrieved 3 August 2018.
  220. Afkhami 2003; Afkhami 2012.
  221. FitzGerald J. ”Coronavirus: forgotten lessons of the Spanish flu pandemic”. The Irish Times. Archived from the original on 5 May 2020. Retrieved 14 June 2020. Yet the ”Spanish” flu epidemic of 1918–19 resulted in about 25,000 extra deaths in Ireland, many of them young adults. This was almost as many deaths as occurred among the Irish fighting in the First World War.
  222. ”Official Ireland Statistics Office”. Central Statistics Office Ireland. Archived from the original on 14 June 2020. Retrieved 14 June 2020. Total deaths in Ireland 1916: 50,627
  223. Phillips H. ”South Africa bungled the Spanish flu in 1918. History mustn’t repeat itself for COVID-19”. The Conversation. Archived from the original on 13 June 2020. Retrieved 26 May 2020.
  224. Spinney 2018, p. 72.
  225. Pankhurst 1991, pp. 51ff.
  226. ”Influenza of 1918 (Spanish Flu) and the US Navy”. history.navy.mil. Archived from the original on 11 January 2015. Retrieved 14 May 2009.
  227. Bell D, Nicoll A, Fukuda K, Horby P, Monto A, Hayden F, et al. (January 2006). ”Non-pharmaceutical interventions for pandemic influenza, international measures”. Emerging Infectious Diseases. 12 (1): 81–7. doi:10.3201/eid1201.051370. PMC 3291414. PMID 16494722.
  228. Shanks GD, Brundage JF (February 2013). ”Pacific islands which escaped the 1918-1919 influenza pandemic and their subsequent mortality experiences”. Epidemiology and Infection. 141 (2): 353–6. doi:10.1017/S0950268812000866. PMID 22564320. S2CID 23794327. Archived from the original on 11 July 2021. Retrieved 11 July 2021.
  229. Ryan J, ed. (2009). Pandemic Influenza: Emergency planning and community preparedness. Boca Raton, FL: CRC Press. p. 24.
  230. ”Colonial Annual Report”, 1919
  231. Iijima W (2003). ”Spanish influenza in China, 1918–1920: a preliminary probe”. In Phillips H, Killingray D (eds.). The Spanish Flu Pandemic of 1918: New Perspectives. London and New York: Routledge. pp. 101–09.
  232. Killingray D, Phillips H (2003). The Spanish Influenza Pandemic of 1918–1919: New Perspectives. Routledge. ISBN 978-1-134-56640-2. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 9 November 2020.
  233. Killingray D, Phillips H (2003). The Spanish Influenza Pandemic of 1918–1919: New Perspectives. Routledge. ISBN 978-1-134-56640-2. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 9 November 2020.
  234. Iijima W (1998). The Spanish influenza in China, 1918–1920. OCLC 46987588.
  235. Iijima W (1998). The Spanish influenza in China, 1918–1920. Spanish ’Flu 1918–1998: Reflections on the Influenza Pandemic of 1918 after 80 Years. Cape Town, South Africa. Archived from the original on 11 April 2020. Retrieved 11 April 2020.
  236. Killingray D, Phillips H (2003). The Spanish Influenza Pandemic of 1918–1919: New Perspectives. Routledge. p. 105. ISBN 978-1-134-56640-2. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 9 November 2020.
  237. Alita XP, Ling T, Bin ZH, Xiao-ting LI (2010). ”Epidemic analysisi of 1918 Spanish influenza in China based on literatures”. Journal of Medical Informatics. 31 (1): 47–50.
  238. Hong NH (2015). ”Epidemic Analysis of 1918 Influenza in China – Research on Huolu County in Zhili Province”. Historical Research in Auhui.
  239. Simonsen et al. 1998.
  240. Hanssen, Olav. Undersøkelser over influenzaens optræden specielt i Bergen 1918–1922. Bg. 1923. 66 s. ill. (Haukeland sykehus. Med. avd. Arb. 2) (Klaus Hanssens fond. Skr. 3)
  241. Knobler SL, Mack A. ”Institute of Medicine (US) Forum on Microbial Threats”. NCBI. Retrieved 17 August 2021.
  242. Barry 2004, p. 239.
  243. ”Key Facts about Swine Influenza”. Archived from the original on 4 May 2009. Retrieved 30 April 2009.
  244. Spinney 2018, pp. 180–82.
  245. Spinney 2018, pp. 183–84.
  246. Mamelund SE (February 2006). ”A socially neutral disease? Individual social class, household wealth and mortality from Spanish influenza in two socially contrasting parishes in Kristiania 1918–19”. Social Science & Medicine. 62 (4): 923–40. doi:10.1016/j.socscimed.2005.06.051. PMID 16084634.
  247. He et al. 2011.
  248. He et al. 2013.
  249. ”The ’Spanish’ Influenza pandemic and its relation to World War I”. World War I Centenary. University of Oxford JISC. Archived from the original on 5 August 2020. Retrieved 11 August 2020.
  250. Garret 2007.
  251. Lindley R. ”The Forgotten American Pandemic: Historian Dr. Nancy K. Bristow on the Influenza Epidemic of 1918”. hnn.us. Archived from the original on 8 August 2014. Retrieved 4 August 2014.
  252. ”What can the Spanish Flu teach us about the COVID-19 pandemic?”. World Economic Forum. 2 April 2020. Archived from the original on 9 April 2020. Retrieved 8 April 2020.
  253. Correia S, Luck S, Verner E (2020). ”Pandemics Depress the Economy, Public Health Interventions Do Not: Evidence from the 1918 Flu”. SSRN Working Paper Series. doi:10.2139/ssrn.3561560. ISSN 1556-5068. S2CID 216202133. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 14 April 2020.
  254. Kemp, John (7 April 2020). ”RPT-COLUMN-Coronavirus lockdowns: can we learn from the 1918 influenza pandemic? Kemp”. Reuters. Retrieved 17 August 2021.
  255. Almond D (1 August 2006). ”Is the 1918 Influenza Pandemic Over? Long‐Term Effects of In Utero Influenza Exposure in the Post‐1940 U.S. Population”. Journal of Political Economy. 114 (4): 672–712. doi:10.1086/507154. ISSN 0022-3808. S2CID 20055129.
  256. Beach B, Ferrie JP, Saavedra MH (2018). ”Fetal shock or selection? The 1918 influenza pandemic and human capital development”. nber.org. doi:10.3386/w24725. Archived from the original on 18 June 2018. Retrieved 18 June 2018.
  257. Vilensky, Foley & Gilman 2007.
  258. Fottrell Q (25 August 2020). ”Another warning from the 1918 flu for COVID-19: ’Survival does not mean that individuals fully recovered'”. MarketWatch. Archived from the original on 24 August 2020.
  259. Honigsbaum 2008.
  260. Morrisey 1986.
  261. Benedict & Braithwaite 2000, p. 38.
  262. Crosby 2003, pp. 320–22.
  263. Ball S (13 February 2012). ”Downton Abbey, Season Two, Episode Six Recap: Nobody Expects the Spanish Influenza!”. Vanity Fair. Archived from the original on 23 October 2020. Retrieved 9 December 2020.
  264. Meyer R (29 April 2016). ”Human extinction isn’t that unlikely”. The Atlantic. Archived from the original on 1 May 2016. Retrieved 6 February 2018.
  265. ”WHO Coronavirus Disease (COVID-19) Dashboard”. WHO. Archived from the original on 16 April 2020. Retrieved 27 February 2021.
  266. Hilleman MR (August 2002). ”Realities and enigmas of human viral influenza: pathogenesis, epidemiology and control”. Vaccine. 20 (25–26): 3068–87. doi:10.1016/S0264-410X(02)00254-2. PMID 12163258.
  267. Potter CW (October 2001). ”A history of influenza”. Journal of Applied Microbiology. 91 (4): 572–9. doi:10.1046/j.1365-2672.2001.01492.x. PMID 11576290.
  268. Biggerstaff M, Cauchemez S, Reed C, Gambhir M, Finelli L (September 2014). ”Estimates of the reproduction number for seasonal, pandemic, and zoonotic influenza: a systematic review of the literature”. BMC Infectious Diseases. 14 (1): 480. doi:10.1186/1471-2334-14-480. PMC 4169819. PMID 25186370.
  269. Valleron AJ, Cori A, Valtat S, Meurisse S, Carrat F, Boëlle PY (May 2010). ”Transmissibility and geographic spread of the 1889 influenza pandemic”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (19): 8778–81. Bibcode:2010PNAS..107.8778V. doi:10.1073/pnas.1000886107. PMC 2889325. PMID 20421481.
  270. Mills CE, Robins JM, Lipsitch M (December 2004). ”Transmissibility of 1918 pandemic influenza”. Nature. 432 (7019): 904–6. Bibcode:2004Natur.432..904M. doi:10.1038/nature03063. PMC 7095078. PMID 15602562.
  271. Taubenberger JK, Morens DM (January 2006). ”1918 Influenza: the mother of all pandemics”. Emerging Infectious Diseases. 12 (1): 15–22. doi:10.3201/eid1201.050979. PMC 3291398. PMID 16494711.
  272. ”Report of the Review Committee on the Functioning of the International Health Regulations (2005) in relation to Pandemic (H1N1) 2009” (PDF). 5 May 2011. p. 37. Archived (PDF) from the original on 14 May 2015. Retrieved 1 March 2015.
  273. Spreeuwenberg P, Kroneman M, Paget J (December 2018). ”Reassessing the Global Mortality Burden of the 1918 Influenza Pandemic”. American Journal of Epidemiology. 187 (12): 2561–2567. doi:10.1093/aje/kwy191. PMID 30202996.
  274. Morens DM, Fauci AS (April 2007). ”The 1918 influenza pandemic: insights for the 21st century”. The Journal of Infectious Diseases. 195 (7): 1018–28. doi:10.1086/511989. PMID 17330793.
  275. Johnson NP, Mueller J (2002). ”Updating the accounts: global mortality of the 1918-1920 ”Spanish” influenza pandemic”. Bulletin of the History of Medicine. 76 (1): 105–15. doi:10.1353/bhm.2002.0022. PMID 11875246.
  276. Lin II R, Karlamangla S (6 March 2020). ”Why the coronavirus outbreak isn’t likely to be a repeat of the 1918 Spanish flu”. Los Angeles Times.
  277. Schwarzmann SW, Adler JL, Sullivan RJ, Marine WM (June 1971). ”Bacterial pneumonia during the Hong Kong influenza epidemic of 1968-1969”. Archives of Internal Medicine. 127 (6): 1037–41. doi:10.1001/archinte.1971.00310180053006. PMID 5578560.
  278. Michaelis M, Doerr HW, Cinatl J (August 2009). ”Novel swine-origin influenza A virus in humans: another pandemic knocking at the door”. Medical Microbiology and Immunology. 198 (3): 175–83. doi:10.1007/s00430-009-0118-5. PMID 19543913. S2CID 20496301.
  279. Donaldson LJ, Rutter PD, Ellis BM, Greaves FE, Mytton OT, Pebody RG, Yardley IE (December 2009). ”Mortality from pandemic A/H1N1 2009 influenza in England: public health surveillance study”. BMJ. 339: b5213. doi:10.1136/bmj.b5213. PMC 2791802. PMID 20007665.
  280. ”First Global Estimates of 2009 H1N1 Pandemic Mortality Released by CDC-Led Collaboration”. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). 25 June 2012. Retrieved 7 July 2012.
  281. Kelly H, Peck HA, Laurie KL, Wu P, Nishiura H, Cowling BJ (5 August 2011). ”The age-specific cumulative incidence of infection with pandemic influenza H1N1 2009 was similar in various countries prior to vaccination”. PLOS One. 6 (8): e21828. Bibcode:2011PLoSO…621828K. doi:10.1371/journal.pone.0021828. PMC 3151238. PMID 21850217.
  282. Dawood FS, Iuliano AD, Reed C, Meltzer MI, Shay DK, Cheng PY, et al. (September 2012). ”Estimated global mortality associated with the first 12 months of 2009 pandemic influenza A H1N1 virus circulation: a modelling study”. The Lancet. Infectious Diseases. 12 (9): 687–95. doi:10.1016/S1473-3099(12)70121-4. PMID 22738893.
  283. Riley S, Kwok KO, Wu KM, Ning DY, Cowling BJ, Wu JT, et al. (June 2011). ”Epidemiological characteristics of 2009 (H1N1) pandemic influenza based on paired sera from a longitudinal community cohort study”. PLoS Medicine. 8 (6): e1000442. doi:10.1371/journal.pmed.1000442. PMC 3119689. PMID 21713000.
  284. Wong JY, Kelly H, Ip DK, Wu JT, Leung GM, Cowling BJ (November 2013). ”Case fatality risk of influenza A (H1N1pdm09): a systematic review”. Epidemiology. 24 (6): 830–41. doi:10.1097/EDE.0b013e3182a67448. PMC 3809029. PMID 24045719.
  285. ”WHO Europe – Influenza”. World Health Organization (WHO). June 2009. Archived from the original on 17 June 2009. Retrieved 12 June 2009.
  286. CDC (28 October 2019). ”Key Facts About Influenza (Flu)”. citing Tokars, Olsen& Reed (2018). cdc.gov. Retrieved 10 March 2020.
  287. Tokars JI, Olsen SJ, Reed C (May 2018). ”Seasonal Incidence of Symptomatic Influenza in the United States”. Clinical Infectious Diseases. 66 (10): 1511–1518. doi:10.1093/cid/cix1060. PMC 5934309. PMID 29206909.
  288. ”Influenza: Fact sheet”. World Health Organization (WHO). 6 November 2018. Archived from the original on 17 December 2019. Retrieved 25 January 2020.
  289. ”H1N1 fatality rates comparable to seasonal flu”. The Malaysian Insider. Washington, D.C., USA. Reuters. 17 September 2009. Archived from the original on 20 October 2009. Retrieved 26 September 2009.
  290. ”Open Collections Program: Contagion, Spanish Influenza in North America, 1918–1919”. Archived from the original on 20 November 2016. Retrieved 22 November 2016.
  291. Harder TC, Ortrud W. ”Chapter Two: Avian Influenza”. Influenza Report 2006. published online. Archived from the original on 9 August 2017. Retrieved 26 October 2007. Sometimes a virus contains both avian-adapted genes and human-adapted genes. Both the H2N2 and H3N2 pandemic strains contained avian flu virus RNA segments. ”While the pandemic human influenza viruses of 1957 (H2N2) and 1968 (H3N2) arose through reassortment between human and avian viruses, the influenza virus causing the ’Spanish flu’ in 1918 appears to be entirely derived from an avian source (Belshe 2005).
  292. Taubenberger et al. 2005.
  293. Antonovics, Hood & Baker 2006.
  294. Vana & Westover 2008.
  295. dos Reis, Hay & Goldstein 2009.
  296. ”Researchers reconstruct 1918 pandemic influenza virus; effort designed to advance preparedness”. Center for Disease Control. Archived from the original on 19 October 2011. Retrieved 2 September 2009.
  297. ”Closing In On a Killer: Scientists Unlock Clues to the Spanish Influenz Virus”. National Museum of Health and Medicine. Archived from the original on 2 May 2020. Retrieved 23 March 2020.
  298. Kolata G (16 February 1999). ”Scientists Uncover Clues To Flu Epidemic of 1918”. The New York Times. Archived from the original on 22 March 2020. Retrieved 23 March 2020.
  299. Kobasa & et al. 2007.
  300. ”Research on monkeys finds resurrected 1918 flu killed by turning the body against itself”. USA Today. Archived from the original on 5 March 2009. Retrieved 14 August 2008.
  301. ”Body exhumed in fight against flu”. BBC News. Archived from the original on 17 September 2008. Retrieved 16 September 2008.
  302. In Search of Spanish Flu (documentary). BBC Four.
  303. Fox 2008.
  304. Fox 2010.
  305. Crosby 1976, p. 295.
  306. Madhav 2013.
  307. Branswell H (5 December 2018). ”A shot-in-the-dark e-mail leads to a century-old family treasure – and hope of cracking a deadly flu’s secret”. Stat. Archived from the original on 5 December 2018. Retrieved 5 December 2018.
  308. Hammond JA, Rolland W, Shore TH (14 July 1917). ”Purulent bronchitis: A study of cases occurring amongst the British troops at a base in France”. The Lancet. 190 (4898): 41–45. doi:10.1016/S0140-6736(01)56229-7. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 8 December 2018. PDF version here Archived 26 August 2019 at the Wayback Machine
  309. ”The Influenza Pandemic of 1918”. World War 1 Centenary. Oxford, England: University of Oxford. Archived from the original on 9 December 2018. Retrieved 8 December 2018.
  310. Yu, X.; Tsibane, T.; McGraw, P. A.; House, F. S.; Keefer, C. J.; Hicar, M. D.; Tumpey, T. M.; Pappas, C.; Perrone, L. A.; Martinez, O.; Stevens, J.; Wilson, I. A.; Aguilar, P. V.; Altschuler, E. L.; Basler, C. F.; Crowe Jr, J. E. (2008). ”Neutralizing antibodies derived from the B cells of 1918 influenza pandemic survivors”. Nature. 455 (7212): 532–536. Bibcode:2008Natur.455..532Y. doi:10.1038/nature07231. PMC 2848880. PMID 18716625. Retrieved 24 October 2021.
  311. Sawchuk LA (August 2009). ”Brief communication: Rethinking the impact of the 1918 influenza pandemic on sex differentials in mortality”. American Journal of Physical Anthropology. 139 (4): 584–90. doi:10.1002/ajpa.21022. PMID 19280673. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 10 December 2020.
  312. Noymer A, Garenne M (September 2000). ”The 1918 influenza epidemic’s effects on sex differentials in mortality in the United States”. Population and Development Review. 26 (3): 565–81. doi:10.1111/j.1728-4457.2000.00565.x. PMC 2740912. PMID 19530360.
  313. Paskoff T, Sattenspiel L (January 2019). ”Sex- and age-based differences in mortality during the 1918 influenza pandemic on the island of Newfoundland”. American Journal of Human Biology. 31 (1): e23198. doi:10.1002/ajhb.23198. PMID 30488509. S2CID 54122685. Archived from the original on 19 October 2020. Retrieved 10 December 2020.
  314. Rewegan A, Bogaert K, Yan M, Gagnon A, Herring DA (10 September 2015). ”The first wave of the 1918 influenza pandemic among soldiers of the Canadian expeditionary force”. American Journal of Human Biology. 27 (5): 638–45. doi:10.1002/ajhb.22713. PMID 25820782. S2CID 11033776. Archived from the original on 27 July 2021. Retrieved 10 December 2020.



Äkkiväärän virusoppi 1: virologian alkeet

Virologia ei ole mediaseksikkäin tutkimuksenala, mutta virusten ja virologian ymmärtäminen on ajankohtaista. Virologeista on koronapandemian seurauksena tullut mediassa paistattelevia julkkiksia ja taviksista somessa luennoivia virologian asiantuntijoita. Tämä on johtanut epäselvyyksiin, virheellisiin mielikuviin ja mielikuvituksellisiin teorioihin. Lähes jokaisella on vahva mielipide maailmasta, koronapandemiasta ja viruksista.

Mielipiteitä saa ja pitääkin olla, mutta tokentube-akatemian lyhyt oppimäärä ei kumoa virologiaan liittyviä vuosikymmenien tutkimuksia ja tutkimusten tuloksia.

Tosiasiassa virologia ei ole helppoa. Monet koronapandemiaa ahkerasti somessa kommentoivat eivät näytä ymmärtävän eroa virusten ja bakteerien tai luontaisen ja hankinnaisen immuniteetin välillä. Osa somen virologeista uskoo immuniteetin läpäisemättömäksi jedivoimakentäksi, joka vahvistuu jokaisen infektion seurauksena. Näin ei ole. Virusinfektiot altistavat kroonistuville jälkitaudeille, keskushermoston sairauksille, autoimmuunitaudeille ja monille syöville.

Viruksiin ei kuitenkaan päde yksinkertaistava hyvä-paha-jaottelu. Monet ihmisille haitalliset virukset ovat haitallisia, koska ne ovat hypänneet ihmisiin jostain muusta lajista, kuten linnuista, lepakoista tai sioista. Suurin osa viruksista on ihmisille harmittomia ja osa mahdollisesti hyödyllisiä tai välttämättömiä.

Mitä viruksista tiedetään? Kokosin katsauksen viruksista ja virologiasta. Aloitin Äkkiväärän virusopin tutustumalla Columbian yliopiston virologian professori Vincent Racaniellon kattavan luentosarjan ensimmäiseen osaan ja Molecular Medicine:n 4. painoksen virusten lisääntymistä käsittelevään lukuun. Käsittelen tässä viruksia ja virologiaa myös yleisellä tasolla.

Aihetta sivuavista Lähetti-RNA:sta ja sitä hyödyntävistä koronarokotteista voit lukea täältä. Tämä selvittää eräitä käsitteitä ja molekyylibiologian prosesseja.


Johdanto

Viruksia on kaikkialla. Ne ympäröivät meitä silmille näkymättömänä pilvenä pölyhiukkasissa ja hengitysilman aerosoleissa. Viruksia on maaperässä, ravinnossa, ilmassa, vedessä, bakteereissa, eläimissä ja ihmisissä. Jokaisen elävän organismin genomi sisältää virusten geneettistä materiaalia. Syömme ja hengitämme miljardeja viruspartikkeleita päivittäin.

Pelkästään maapallon vesistöissä on arviolta 1030 bakteriofagia eli faagia. Ne ovat bakteereissa loisivia ja bakteereita tuhoavia viruksia. Bakteriofagi painaa vain femtogramman, eli 10-15 grammaa. Näiden bakteereissa loisivien virusten yhteenlaskettu biomassa on 1000-kertaa suurempi kuin kaikkien maailman norsujen yhteenlaskettu paino.

Kaikkien faagien jono olisi 100 miljoonaa valovuotta pitkä. Litrassa merivettä on enemmän viruksia kuin maailmassa on ihmisiä. Virusten tappamien bakteerien tuottama orgaaninen jäte vapauttaa vesistöihin ja ilmakehään niin paljon hiilidiosidia, fosforia ja rikkiä, että ne vaikuttavat ilmakehän koostumukseen ja ilmastoon.

SARS-CoV-2-pandemian vuoksi virukset nähdään helposti uhkaavina, mutta tosiasiassa suurin osa viruksista ei vaikuta ihmisiin mitenkään. Osa viruksista on todennäköisesti ihmisille hyödöllisiä ja ehkäpä jopa elintärkeitä.

Pieni osa viruksista on ihmisille haitallisia. Koronapandemia on mediassa syrjäyttänyt lähes täysin HIV-epidemiasta uutisoinnin, vaikka Afrikassa HIV:tä sairastaa 37 miljoonaa ihmistä. HIV ei häviä maailmasta luultavasti koskaan. Tehokkaat HIV:n ja AIDSin hoitoon käytettävät antiviraaliset lääkkeet näyttävät menettävän tehoaan uusien HIV-mutaatioiden kehittyessä.

Planeetallamme on arviolta 1032 yksittäistä virusta. Luku on niin käsittämättömän suuri, että se pitää määritellä ymmärrettävään muotoon: viruksia on enemmän kuin tähtiä maailmankaikkeudessa. Niitä on niin paljon, että jos maapallon kaikki virukset jaettaisiin tasan jokaiselle universumin tähdelle, kullekin tähdelle riittäisi 100 miljoonaa virusta kertoo National Geographic.

Viruksia on arviolta sata kvintiljoonaa. Vaikka ne ovat kooltaan vain muutamien kymmenien nanometrien (millimetrin miljoonasosien) mittaisia, kaikista maapallon viruksista voitaisiin muodostaa jono, joka yltäisi Linnunradalta Andromedan galaksiin asti kertoo Jyväskylän yliopiston akatemiatutkija Matti Jalasvuori.

Submikroskooppisia viruksia löytyy kaikkialta maapallolta; merivedestä ilmakehään ja maaperään. Sen lisäksi, että viruksia on käsittämättömän paljon, ne ovat aivan järjettömän pieniä. Virukset ovat niin pieniä, että niitä ei voi nähdä tavallisella mikroskoopilla.

Virukset eivät määritelmällisesti ole elollisia olentoja, koska niiltä puuttuu elämälle tunnusomaisia piirteitä, kuten aineenvaihdunta ja kyky lisääntyä itsenäisesti. Toisaalta viruksilla on myös elämään viittaavia piirteitä, kuten genomi (DNA:n tai RNA:n muodossa), joka muuttuu luonnonvalinnan vaikutuksesta.

Virusten alkuperästä ei vallitse yksimielisyyttä, mutta monet uskovat virusten kehittyneen ennen ensimmäisiä soluja. Virukset voisivat tämän hypoteesin mukaan olla elämän yksinkertaisimpia rakennuspalikoita.

Virus voi lisääntyä vain kaappaamassaan isäntäorganismin kohdesolussa. Yleensä virukset eivät tartu eri lajien välillä, mutta zoonoosit virukset voivat hypätä lajista toiseen. SARS-CoV-2 on todennäköisesti hypännyt lepakoista jonkin toisen eläimen välityksellä ihmiseen ja muuttunut ihmisten välillä tarttuvaksi viruskannaksi. Esimerkiksi eräät influenssavirukset voivat siirtyä linnuista ihmisiin tai linnuista sikoihin ja sioista ihmisiin isäntäorganismin kohdesolujen reseptorien rakenteesta riippuen.

Käytännössä eri viruslajit voivat siis käyttää lisääntymiseen elämän puun kaikkien oksien soluja isäntäsoluina. Virukset voivat levitä eläimissä, kasveissa ja jopa bakteereissa ja arkeissa. Suurin osa viruksista on ihmisille täysin harmittomia. Tämä ei johdu ihmisen sietokyvystä, vaan siitä, että virukset ovat hyvin nirsoja isäntäsolujen suhteen kertoo virologi ja tautiekologi Sara Sawyer Colorado Boulderin yliopistosta. Vain äärettömän pieni joukko viruksista voi infektoida ihmisen soluja.

Kuitenkin, kuten meneillään oleva COVID-19-pandemia selvästi osoittaa, uusia ihmisillä leviäviä viruksia löydetään vuosittain. Nykyään tunnetaan noin 200 virussukua, joiden virukset voivat infektoida ihmisen soluja ja levitä ihmisten välillä.

Mitä virologia tutkii?

Virologia tutkii submikroskooppisia, proteiinikuoren peittämiä geneettistä materiaalia sisältäviä loisorganismeja, eli viruksia [1, 2]. Virologiassa keskitytään:

  • virusten rakenteeseen
  • virusten luokitteluun
  • virusten evoluutioon
  • virusten tapaan infektoida ja hyödyntää isäntäsoluja lisääntymistä varten
  • virusten vuorovaikutukseen isäntäorganismin fysiologian ja immuniteetin kanssa
  • virusten aiheuttamiin sairauksiin
  • virusten eristämis- ja viljelytekniikoihin
  • virusten käyttöön tutkimuksessa ja terapiassa

Virologia kuuluu mikrobiologian alaan. Martinus Beijerinckin (1898) tunnistama tupakan mosaiikkitaudin bakteereista poikkeava taudinaiheuttaja tunnustetaan nyt virologian viralliseksi aluksi bakteriologiasta erillisenä tieteenalana [3, 4, 5].

Beijerinck ymmärsi, että tautia ei aiheuttanut bakteeri- tai sieni-infektio, vaan jokin muu. Beijerinck käytti sanaa ”virus” kuvaamaan salaperäistä tekijää ”contagium vivum fluidumissa” (”tarttuva elävä neste”).

Viruksen rakenne ja luokittelu

Virologian päähaara on virusten luokittelu. Virukset voidaan luokitella sen mukaan, minkä isäntäorganismin soluja ne infektoivat:

  • eläinviruksiin
  • kasviviruksiin
  • sieniviruksiin
  • bakteriofageihin (viruksiin, jotka infektoivat bakteereja, mukaan lukien monimutkaisemmat virukset). [6]

Toinen luokittelu käyttää virusten kapsidin geometrista muotoa (usein heliksi tai ikosaedri) tai viruksen rakennetta (esim. lipidivaippa – ei lipidivaippaa) [7].

Kapsidi on viruksen proteiinikuori, joka ympäröi ja suojaa viruksen genomia. Kapsidi muodostuu nukleiinihapon ympärille toistuvista, säännöllisesti järjestäytyneistä proteiinimolekyyleistä eli kapsomeereista. Se voi olla sauvamainen tai pyöreä. Genomi ja sitä ympäröivä proteiinikuori muodostavat yhdessä nukleokapsidin, jota voi eräillä viruksilla ympäröidä vielä vaippa, joka muodostuu lipidikalvosta ja siihen uponneista proteiineista.

Virukset ovat kooltaan noin 30 nanometristä noin 450 nanometriin. Suurinta osaa viruksista ei voi niiden pienen koon vuoksi tutkia perinteisillä mikroskoopeilla. Virusten muotoa ja rakennetta tutkitaan mm. elektronimikroskopialla, NMR-spektroskopialla ja röntgenkristallografialla.

Hyödyllisin ja laajimmin käytetty luokitusjärjestelmä erottaa virukset geneettisesti käyttämänsä nukleiinihapon tyypin ja viruksen replikaatiomenetelmän mukaan:

  • DNA-viruksiin (jaetaan yksi- ja kaksijuosteisiin DNA-viruksiin)
  • RNA-viruksiin (jaetaan positiiviseen ja negatiiviseen yksijuosteisiin RNA-viruksiin ja paljon harvinaisempiin kaksijuosteisiin RNA-viruksiin),
  • käänteistranskriptoivat viruksiin (kaksijuosteiset käänteistranskriptoivat DNA-virukset ja yksijuosteiset käänteistranskriptoivat RNA-virukset, kuten retrovirukset).

Virologit tutkivat myös infektoivia subviraalisia hiukkasia, jotka ovat huomattavasti pienempiä ja yksinkertaisempia kuin virukset:

  • viroidit (paljaat pyöreät RNA-molekyylit, jotka infektoivat kasveja)
  • satelliitit (nukleiinihappomolekyylit kapsidin kanssa tai ilman, jotka tarvitsevat auttajavirusta infektioon ja lisääntymiseen)
  • prionit (proteiinit, jotka voivat esiintyä patologisessa konformaatiossa, joka saa muut prionimolekyylit olettamaan saman konformaation) [8].

Virologian taksonit (taksoni on tieteellisessä luokittelussa käytetty termi, jolla tarkoitetaan mitä tahansa sukulaisuussuhteiden mukaan nimettyä eliöryhmää, joka on virallisesti kuvattu tieteelle taksonomisia tasoja käyttäen) eivät välttämättä ole monofyleettisiä, koska eri virusryhmien evoluutiosuhteet ovat edelleen epäselviä. Niiden alkuperästä on olemassa kolme hypoteesia:

  1. Virukset syntyivät elottomasta aineesta, erillään tai vielä rinnakkain solujen kanssa, ehkä viroideja muistuttavien itsereplikoituvien RNA-ribotsyymien muodossa.
  2. Virukset syntyivät genomin vähentymisen seurauksena aikaisemmista, toimivista soluelämän muodoista, joista tuli loisia isäntäsoluille ja jotka menettivät myöhemmin suurimman osan toiminnoistaan; esimerkkejä tällaisista pienistä loisprokaryooteista ovat Mycoplasma ja Nanoarchaea.
  3. Virukset syntyivät solujen liikkuvista geneettisistä elementeistä (kuten transposoneista, retrotransposoneista tai plasmideista), jotka kapseloituivat proteiinikapsideihin, saivat kyvyn ”irrota” isäntäsolusta ja infektoida muita soluja.

Erityisen kiinnostava on mimivirus, jättiläisvirus, joka leviää ameeboissa ja koodaa suurta osaa perinteisesti bakteereihin liittyvästä molekyylikoneistosta. Se voi olla yksinkertaistettu versio loisprokaryootista tai se voi olla peräisin yksinkertaisemmasta viruksesta, joka on ottanut geenejä isännästään.

Virusevoluutio tutkii virusten evoluutiota, joka tapahtuu usein yhdessä virusten isäntäorganismien evoluution kanssa. Vaikka virukset lisääntyvät ja kehittyvät, niiltä puuttuu itsenäinen aineenvaihdunta. Virukset eivät myöskään liiku itsenäisesti ja niiden lisääntyminen on riippuvainen isäntäorganismin kohdesolun proteiinikoneistosta.

Usein kiistellään siitä, ovatko virukset elossa vai eivät. Tämä on semanttinen määrittelykysymys, joka ei vaikuta virusten biologiseen todellisuuteen.

Viruksilla on eräs hyvin kiehtova ominaisuus:

1930-luvulla W.M. Stanley havaitsi, että virukset kiteytyvät tai kristalloituvat samaan tapaan kuin suola. Elollinen organismi ei kristalloitu. Tämä on eräs tapa havaita virukset. Riittävä määrä viruksia voidaan muuttaa kristallikiteiksi. Nämä kristallikiteet muuttuvat jälleen aktiivisiksi infektion aiheuttaviksi viruksiksi, kun kiteitä liotetaan nesteessä.

Eräitä virustyyppejä

Virustaudit ja immuunipuolustus

Yksi tärkeimmistä syistä virusten tutkimiselle on se, että ne aiheuttavat monia tartuntatauteja, kuten flunssaa, influenssaa, raivotautia, tuhkarokkoa, monia ripulitauteja, hepatiittia, denguekuumetta, keltakuumetta, poliota, isorokkoa, AIDSia, SARSia, MERSiä ja COVID-19-tautia. [9]

Herpes simplex aiheuttaa huuliherpestä ja sukupuolielinten herpestä, ja sitä tutkitaan altistavana tekijänä Alzheimerin taudille [10].

Eräät onkogeeniset nk. onkovirukset (kasvainvirukset) altistavat syöville. Tunnetuin esimerkki on ihmisen papilloomaviruksen ja kohdunkaulan syövän välinen vahva yhteys: lähes kaikki kohdunkaulan syövät johtuvat tämän sukupuoliteitse tarttuvan viruksen spesifeistä viruskannoista. Toinen esimerkki on hepatiitti B- ja hepatiitti-C-infektioiden yhteys maksasyöpään. Myös HIV ja EBV voivat altistaa pahanlaatuisten solumuutosten kehittymiselle ja eräille syöville.

Jotkut subviraaliset hiukkaset aiheuttavat sairauksia: tarttuvat spongiformiset enkefalopatiat, joihin kuuluvat Kuru, Creutzfeldt–Jakobin tauti ja naudan spongiforminen enkefalopatia (”hullun lehmän tauti”), ovat prionien aiheuttamia [11], Hepatiitti D johtuu satelliittiviruksesta.

Virusten patogeneesi tutkii tapoja, joilla virukset aiheuttavat sairauksia. Sitä, missä määrin virus aiheuttaa tauteja määritellään virulenssilla.

Kun selkärankaisen immuunijärjestelmä kohtaa viruksen, se voi tuottaa spesifisiä vasta-aineita (immunoglobuliineja), jotka sitoutuvat virukseen ja neutraloivat sen tarttuvuuden ja merkitsevät kohtaamansa virukset tuhottavaksi.

Esimerkiksi: mRNA-rokote vie lipidinanopartikkelissa (tai adenovirusvektorissa) SARS-CoV-2-viruksen piikkiproteiinin aminohapposekvenssin ihmisen lihassoluun. Solun sytoplasmassa lipidi hajoaa ja mRNA vapautuu tulkittavaksi. Solun ribosomit lukevat lähetti-RNA:n aminohapposekvenssin ja siirtäjä-RNA:t tuovat soluun aminohappoja, joista virukselle spesifi proteiinireseptori kootaan. Tämän translaation jälkeen mRNA hajoaa. Piikkiproteiini viedään solusta eksosytoosissa osaksi solun glykoproteiineja (MHC-kompleksiin). Immuunijärjestelmä tunnistaa MHC-kompleksiin ilmestyneen piikkiproteiinin antigeeniksi. Tämä aktivoi immuunivasteen. Immunoglobuliineja tuottavien B-solujen määrä lisääntyy ja ne alkavat valmistaa piikkiproteiinille herkistyneitä vasta-aineita. Nämä immunoglobuliinit tarttuvat piikkiproteiiniin ja estävät virusta kiinnittymästä kohdesolun ACE2-reseptoriin. Koska virukset eivät voi lisääntyä solujen ulkopuolella, vasta-aineet tukahduttavat virusten kyvyn lisääntyä ja levitä tehokkaasti. B-solut voivat tuottaa käytännössä rajattomasti erilaisia vasta-aineita. Virukseen kiinnittyneet vasta-aineet toimivat myös tunnisteina, joiden merkitsemät molekyylit makrofagit ja muut immuunijärjestelmän syöjäsolut tunnistavat vieraiksi tuhottaviksi kohteiksi. Samalla antigeenin aktivoima immuunijärjestelmä kehittää soluvälitteisen immuunivasteen, jossa sytotoksisten infektoituneita soluja tuhoavien T-solujen määrä kasvaa. Akuutin immuunivasteen loppuvaiheessa osa B- ja T-soluista erikoistuu muistisoluiksi, jotka voivat ylläpitää osittaista immuniteettia jopa vuosikymmeniä. Immunologinen muisti toimii hitaammin kuin vasta-ainevälitteinen akuutti immuunivaste, mutta se aktivoi immuunijärjestelmän tunnistettuaan aiemmin kohtaamansa taudinaiheuttajan.

Vasta-aineiden esiintymistä veren seerumissa käytetään usein määrittämään, onko henkilö aiemmin altistunut tietylle virukselle esimerkiksi ELISA-testeillä. Rokotukset suojaavat virustaudeilta osittain indusoimalla vasta-aineiden tuotantoa. Virukselle spesifisiä monoklonaalisia vasta-aineita käytetään myös virusinfektion havaitsemiseen fluoresenssimikroskopiassa.

Selkärankaisten immuunijärjestelmän toinen mekanismi viruksia vastaan on soluvälitteinen immuunivaste, joka käyttää T-immuunisoluja (immuunijärjestelmää ohjaavia CD4-T-auttajasoluja sekä infektoituneita soluja tuhoavia CD8-T-tappajasoluja). Kehon solut esittelevät pinnallaan lyhyitä proteiineja. Jos T-solu tunnistaa sieltä epäilyttävän virusfragmentin, isäntäsolu tuhotaan ja virusspesifiset T-solut lisääntyvät. Tämä mekanismi käynnistyy infektion sairastamalla ja rokotuksilla.

RNA-interferenssi, solumekanismi, jota löytyy kasveista, eläimistä ja monista muista eukaryooteista, kehittyi todennäköisesti suojaksi haitallisia viruksia vastaan.

Vuorovaikutteisten entsyymien pitkälle kehittynyt koneisto havaitsee kaksijuosteiset RNA-molekyylit (jotka esiintyvät osana monien virusten elinkaarta) ja tuhoavat kaikki havaittujen RNA-molekyylien yksijuosteiset versiot.

Jokainen tappava virustauti on paradoksi: isännän tappamisesta ei tietenkään ole mitään hyötyä virukselle, joten miten ja miksi viruksesta tuli tappava?

Nykyään uskotaan, että useimmat virukset ovat suhteellisen hyvänlaatuisia luonnollisissa isännissään; jotkut virusinfektiot voivat jopa olla hyödyllisiä isännälle [12]. Tappavien virustautien uskotaan johtuvan hyvälaatuisen viruksen siirtymisestä lajista toiseen lajiin, joka ei ole adaptoitunut ko. virukseen (katso zoonoosi).

Esimerkiksi ihmisillä vakavaa influenssaa aiheuttavien virusten luonnolliset isäntäorganismit olivat todennäköisesti siat tai linnut. HIV:n uskotaan olevan peräisin hyvänlaatuisesta ei-ihmiskädellisen viruksesta SIV.

Vaikka (monet) virustaudit on ollut mahdollista ehkäistä rokottamalla jo pitkään, virussairauksien hoitoon tarkoitettujen antiviraalisten viruslääkkeiden kehitys on vielä lapsen kengissä.

Ensimmäinen antiviraalinen lääke oli interferoni, jota syntyy luonnollisesti, kun infektio havaitaan. Interferoni stimuloi muita immuunijärjestelmän osia.

Esimerkki tartuntamekanismista: lintuinfluenssa

Lintuinfluenssavirukset, kuten viime vuosisadalla kymmeniä miljoonia ihmisiä tappanut espanjantauti (influenssa A:n alatyyppi H1N1) voidaan tunnistaa pintaproteiinien perusteella. Pintaproteiinit muodostuvat hemagglutiniineistä (H) ja neuraminidaaseista (N). 16 tunnetusta H-tyypistä alatyyppien H5, H7 ja H9 tiedetään siirtyvän linnuista ihmisiin.

Hemagglutiniini

(HA) on influenssavirusten sekä monien muiden virusten ja bakteerien pinnoilta löydetty antigeeninen glykoproteiini. Hemagglutiniinin avulla virus kykenee sitoutumaan soluun infektoidakseen sen eli tunkeutuakseen soluun. Hemagglutiniini nimi tulee aineen kyvystä aiheuttaa punasolujen yhteenkasautumista (engl. agglutinate = liimata/liimautua yhteen).

On olemassa ainakin 16 erilaista HA-antigeenia. Nämä alatyypit merkitään H1:stä H16:een. Viimeisin alatyyppi (H16) löydettiin influenssa A-viruksista, jotka eristettiin naurulokeista Ruotsissa ja Norjassa vuonna 2005. Kolme ensimmäistä hemagglutiniinia (H1, H2 ja H3) esiintyvät ihmisten influenssaviruksissa. H1, H2 ja H3 HA-antigeenit

  • tunnistavat selkärankaisten eliöiden kohdesolujen siaalihappoa sisältäviä reseptoreita, joihin kiinnittymällä virus voi tunkeutua soluun.
  • mahdollistaa viruksen genomin pääsy kohdesolun sisään aiheuttamalla isäntäsolun endosomaalisen solukalvon ja viruksen ulkokalvon yhdistyminen.

Mekanismi:

HA sitoutuu vielä tunnistamattomaan glykoproteiiniin, jota on kohdesolujen pinnoilla. Tämä auttaa viruksen kiinnittymään kohdesolun pintaan. Solukalvo reagoi virukseen nielaisemalla solukalvon reseptoreihin kiinnittyneen viruksen ja osan solukalvosta endosytoosissa.

Endosytoosissa aineet siirtyvät soluun siten, että solukalvoon muodostuu pieni syvennys, joka myöhemmin kuroutuu kiinni soluun haluttava aine sisällään. Muodostunut rakkula kuroutuu irti solun sisään ja se voi luovuttaa sisältönsä jonkin toisen soluelimen jatkokäsittelyyn. Usein jatkokäsittely tapahtuu itse endosomissa.

Solun sisälle syntyy uusi kalvopäällysteinen endosomiksi kutsuttu rakkula, jossa nielaistu virus on. Solu ryhtyy sulattamaan endosomin sisältöä muuttamalla sen sisuksen happamaksi ja siirtämällä sitä kohti lysosomia. Kun endosomin pH laskee noin 6:een, viruksen HA:n alkuperäinen rakenne muuttuu epävakaaksi ja sen laskostuminen purkautuu osittain, mikä vapauttaa esille sen muutoin piilossa olevan erittäin hydrofobisen peptidiketjun osan. Tämä vapautunut niin kutsuttu fuusiopeptidi toimii kuin tarttumiskoukku kiinnittymällä ja lukittumalla endosomin seinämään. Kun HA-molekyylin loppuosa laskostuu uudelleen (alhaisemmassa happamuudessa stabiilimpaan muotoon), se vetää fuusiopeptidikoukkua aiheuttaen endosomin kalvon lähentymisen kohti viruksen omaa kalvoa. Lopulta endosomin ja viruksen kalvot yhdistyvät ja virus genomeineen vapautuu endosomista solulimaan.

Molekyylibiologia ja virusterapia

Bakteriofagit, virukset, jotka infektoivat bakteereja, voidaan suhteellisen helposti kasvattaa virusplakkeina bakteeriviljelmissä. Bakteriofagit siirtävät toisinaan geneettistä materiaalia bakteerisolusta toiseen prosessissa, joka tunnetaan nimellä transduktio [13], ja tämä horisontaalinen geeninsiirto on yksi syy, miksi ne toimivat tärkeänä tutkimustyökaluna molekyylibiologiassa.

Geneettinen koodi, ribotsyymien toiminta, ensimmäinen yhdistelmä-DNA ja varhaiset geneettiset kirjastot saatiin aikaan käyttämällä bakteriofageja. Tiettyjä viruksista peräisin olevia geneettisiä elementtejä, kuten erittäin tehokkaita promoottoreita, käytetään nykyään yleisesti molekyylibiologian tutkimuksessa.

Eläinvirusten kasvattaminen elävän isäntäeläimen ulkopuolella on vaikeampaa. Perinteisesti hedelmöitettyjä kananmunia on käytetty usein, mutta nykyään soluviljelmiä käytetään tähän tarkoitukseen yhä enemmän.

Koska joidenkin eukaryootteja infektoivien virusten on kuljetettava geneettinen materiaalinsa isäntäsolun tumaan, ne ovat houkuttelevia työkaluja uusien geenien tuomiseksi isäntään (tunnetaan nimellä transformaatio tai transfektio). Modifioituja retroviruksia käytetään usein tähän tarkoitukseen, koska ne integroivat geeninsä isännän kromosomeihin. Tätä lähestymistapaa, jossa viruksia käytetään geenivektoreina, noudatetaan geneettisten sairauksien geeniterapiassa. Ilmeinen ongelma, joka on voitettava, on transformoivan viruksen hylkääminen immuunijärjestelmän toimesta.

Faagihoito, bakteriofagien käyttö bakteerisairauksien torjuntaan, oli suosittu tutkimusaihe ennen antibioottien kehittymistä ja se on viime aikoina herättänyt uutta kiinnostusta.

Onkolyyttiset virukset ovat viruksia, jotka infektoivat syöpäsoluja. Vaikka varhaiset yritykset käyttää näitä viruksia syövän hoidossa epäonnistuivat vuosina 2005 ja 2006, niiden käytöstä on sittemmin saatu rohkaisevia alustavia tuloksia [14].

Virusten sekvensointi

Lue myös: DNA sequencing

Koska useimmat virukset ovat liian pieniä mikroskoopilla tutkittaviksi, sekvensointi on yksi virologian tärkeimmistä työkaluista viruksen tunnistamisessa ja tutkimisessa. Perinteistä Sanger-sekvensointia ja seuraavan sukupolven sekvensointia (NGS) käytetään virusten sekvensoimiseen perus- ja kliinisissä tutkimuksissa, samoin kuin uusien virusinfektioiden diagnosoinnissa, viruspatogeenien molekyyliepidemiologiassa ja lääkeresistenssitestauksessa.

GenBankissa on yli 2,3 miljoonaa ainutlaatuista virussekvenssiä. Viime aikoina NGS on ohittanut perinteisen Sangerin suosituimpana tapana luoda virusgenomeja [15].

Muut virusten käyttötarkoitukset

Äskettäin kuvattiin uusi geenimanipuloitujen virusten sovellus nanoteknologiassa; katso virusten käyttö materiaalitieteessä ja nanoteknologiassa ja neuronien kartoittamiseen käytettävät pseudorabies-sovellukset neurotieteessä.

Virologian historia

Sana virus ilmestyi vuonna 1599 ja tarkoitti alun perin ”myrkkyä” [16]. Hyvin varhainen rokotusmuoto, joka tunnetaan nimellä variolaatio, kehitettiin noin tuhat vuotta sitten Kiinassa. Se sisälsi isorokkopotilaiden rokkoeritteiden käyttämisen muiden immunisoimiseksi.

Vuonna 1717 Lady Mary Wortley Montagu tarkkaili tätä käytäntöä Istanbulissa ja yritti tehdä sen suosituksi Britanniassa, mutta kohtasi huomattavaa vastustusta. Vuonna 1796 Edward Jenner kehitti paljon turvallisemman menetelmän käyttämällä lehmärokkoa nuoren pojan menestyksekkääseen immunisointiin isorokkoa vastaan, ja tämä käytäntö otettiin laajalti käyttöön.

Seurauksena oli rokotuksia muita virustauteja vastaan, kuten Louis Pasteurin onnistunut raivotautirokotus vuonna 1886. Virusten luonne ei kuitenkaan ollut tutkijoille selvä. Vuonna 1892 venäläinen biologi Dmitri Ivanovsky käytti Chamberland-suodatinta yrittääkseen eristää tupakan mosaiikkitaudin aiheuttaneet bakteerit. Hänen kokeensa osoittivat, että infektoituneiden tupakkakasvien murskatut lehtiuutteet pysyivät tarttuvina suodatuksen jälkeen. Ivanovsky raportoi, että bakteeri saattaa tuottaa pientä tarttuvaa ainetta tai toksiinia, joka pystyy läpäisemään suodattimen [17][18][19].

Vuonna 1898 Martinus Beijerinck toisti Ivanovskyn työn, mutta meni pidemmälle ja välitti ”suodatettavan aineen” kasvilta kasveille, havaitsi toiminnan vähentyneen ja päätteli sen tarttuvaksi – replikoituvaksi isännässä – eikä siis pelkkänä myrkkynä. Hän kutsui sitä contagium vivum fluidumiksi [20].

Kysymys siitä, oliko aine ”elävä neste” vai hiukkanen, oli kuitenkin edelleen avoin. Vuonna 1903 ehdotettiin ensimmäistä kertaa, että virusten transduktio voisi aiheuttaa syöpää.

Vuonna 1908 Bang ja Ellerman osoittivat, että suodatettava virus voi välittää kanan leukemiaa. Tiedot jätettiin suurelta osin huomiotta 1930-luvulle asti, jolloin leukemiaa pidettiin syöpää aiheuttavana sairautena [21].

Vuonna 1911 Peyton Rous raportoi kanasarkooman, kiinteän kasvaimen, tarttuvan viruksen kanssa, ja siten Rousista tuli ”kasvainvirologian isä”. Virusta kutsuttiin myöhemmin Rous-sarkoomavirukseksi 1 ja sen ymmärrettiin olevan retrovirus.

Useita muita syöpää aiheuttavia retroviruksia on sittemmin kuvattu. Bakteereja (bakteriofagit) infektoivien virusten olemassaolon tunnisti ensimmäisenä Frederick Twort vuonna 1911 ja itsenäisesti Félix d’Herelle vuonna 1917. Koska bakteereja voitiin kasvattaa helposti viljelmässä, tämä johti virologian tutkimuksen räjähdysmäiseen kasvuun.

Vuoden 1918 tuhoisan espanjaninfluenssapandemian syy oli aluksi epäselvä. Vuoden 1918 lopulla ranskalaiset tutkijat osoittivat, että ”suodattimen läpäisevä virus” voi siirtää taudin ihmisiin ja eläimiin, mikä täyttää Kochin oletukset [22]. Vuonna 1926 osoitettiin, että tulirokko johtuu bakteerista, joka on saastunut tietyn bakteriofagin kautta. Vaikka kasviviruksia ja bakteriofageja voidaan kasvattaa suhteellisen helposti, eläinvirukset vaativat normaalisti elävän isäntäeläimen, mikä vaikeuttaa niiden tutkimusta valtavasti.

Vuonna 1931 osoitettiin, että influenssavirusta voidaan kasvattaa hedelmöitetyissä kananmunissa. Menetelmää käytetään edelleen rokotteiden tuottamiseen. Vuonna 1937 Max Theiler onnistui kasvattamaan keltakuumevirusta kananmunissa ja tuottamaan rokotteen heikennetystä viruskannasta; tämä rokote pelasti miljoonia ihmishenkiä ja sitä käytetään edelleen.

Max Delbrück, tärkeä bakteriofagien tutkija, kuvasi viruksen perus ”elinkaaria” vuonna 1937: ”kasvamisen” sijaan viruspartikkeli kootaan sen muodostavista osista yhdessä vaiheessa; lopulta se poistuu isäntäsolusta infektoidakseen muita soluja.

Hershey–Chasen koe vuonna 1952 osoitti, että vain DNA, ei proteiini, pääsee bakteerisoluun, kun se tarttuu bakteriofagi T2:lla. Bakteerien transduktio bakteriofagien toimesta kuvattiin ensimmäisen kerran samana vuonna.

Vuonna 1949 John F. Enders, Thomas Weller ja Frederick Robbins raportoivat polioviruksen kasvusta viljellyissä ihmisen alkiosoluissa, mikä oli ensimmäinen merkittävä esimerkki eläinten tai kananmunien ulkopuolella kasvatetusta eläinviruksesta. Tämä työ auttoi Jonas Salkia johtamaan poliorokotteen deaktivoiduista polioviruksista; Tämä rokote osoittautui tehokkaaksi vuonna 1955.

Ensimmäinen virus, joka pystyttiin kiteyttämään ja jonka rakennetta näin ollen voitiin selvittää yksityiskohtaisesti, oli tobacco mosaic virus (TMV), virus, jota Ivanovsky ja Beijerink olivat tutkineet aiemmin.

Vuonna 1935 Wendell Stanley saavutti kiteytymisensä elektronimikroskopiaa varten ja osoitti, että se pysyy aktiivisena myös kiteytymisen jälkeen. Bernal ja Fankuchen saivat selkeitä röntgendiffraktiokuvia kiteytyneestä viruksesta vuonna 1941. Tällaisten kuvien perusteella Rosalind Franklin ehdotti tupakan mosaiikkiviruksen koko rakennetta vuonna 1955. Myös vuonna 1955 Heinz Fraenkel-Conrat ja Robley Williams osoittivat että puhdistettu TMV-RNA ja sen kapsidi (kuori)proteiini voivat koota itsestään toiminnallisiksi virioneiksi, mikä viittaa siihen, että tätä kokoamismekanismia käytetään myös isäntäsolussa, kuten Delbrück ehdotti aiemmin.

Vuonna 1963 Baruch Blumberg löysi hepatiitti B -viruksen ja kehitti hepatiitti B -rokotteen. Vuoteen 1985 mennessä Harald zur Hausen oli osoittanut, että kaksi ihmisen papilloomaviruksen (HPV) kantaa aiheuttavat suurimman osan kohdunkaulan syövistä.

Vuonna 2006 julkaistiin kaksi näitä kantoja vastaan suojaavaa rokotetta. Vuosina 2006 ja 2007 raportoitiin, että pienen määrän spesifisten transkriptiotekijägeenien vieminen hiirien tai ihmisten normaaleihin ihosoluihin voi muuttaa nämä solut pluripotenteiksi kantasoluiksi, jotka tunnetaan indusoituina pluripotenteina kantasoluina. Tekniikka käyttää modifioituja retroviruksia solujen transformoimiseen; tämä on mahdollinen ongelma ihmisterapiassa, koska nämä virukset integroivat geeninsä satunnaiseen paikkaan isännän genomissa, mikä voi keskeyttää muiden geenien toiminnan ja mahdollisesti aiheuttaa syöpää [30].

Vuonna 2008 kuvattiin Sputnik-virofagi, ensimmäinen tunnettu virofagi: se käyttää auttajaviruksen koneistoa lisääntyäkseen ja estää kyseisen auttajaviruksen lisääntymisen. Sputnik lisääntyy ameebassa, jossa on mamavirus, joka on edellä mainitun mimiviruksen sukulainen ja suurin tunnettu virus tähän mennessä [31].

Endogeeninen retrovirus (ERV) on genomissa oleva viruselementti, joka on peräisin retroviruksesta, jonka genomi on liitetty jonkin organismin itulinjan genomiin ja joka siksi kopioidaan kyseisen organismin jokaisen lisääntymisen yhteydessä. On arvioitu, että noin 9 prosenttia ihmisen genomista on peräisin ERV:stä.

Vuonna 2015 osoitettiin, että ERV:n proteiinit ilmentyvät aktiivisesti 3 päivän ikäisissä ihmisalkioissa ja näyttävät vaikuttavan alkionkehitykseen ja suojaavan alkioita muiden virusten aiheuttamilta infektioilta [32].

Sen jälkeen kun Organ-on-a-chip keksittiin 2010-luvulla, tekninen lähestymistapa on löytänyt sovelluksen monien sairauksien tutkimuksessa. Lähestymistapa on otettu käyttöön myös virologiassa ja sirumalleja kehitetään. Esimerkkejä ovat Donald E. Ingber -ryhmän keksimä influenssamalli, Alireza Mashaghin ryhmän keksintö Ebola-virustautimallista ja Marcus Dornerin ryhmän keksintö virushepatiittimallista [33]. Elinsirun lähestymistapa todennäköisesti korvaa ihmisen virologian eläinmallit.

Sukelletaan syvemmälle virusten maailmaan

Dmitri Ivanovskyn vuonna 1892 julkaisemassa artikkelissa kuvattiin tupakakasveja tartuttava ei-bakteeripatogeeni. Martinus Beijerinck löysi tupakan mosaiikkiviruksen vuonna 1898.

Ympäristöstämme löytyvistä sadasta kvintiljoonasta viruksesta on yksityiskohtaisesti kuvattu ja sekvensoitu yli 9000 viruslajia.

Uskomus, että SARS-CoV-2 virusta ei ole eristetty, on rokote- ja koronakriittisten ylläpitämä harhaluulo. Koronaviruksen eristäminen edellyttää korkeimman bioturvallisuusluokan laboratorion, jollainen löytyy mm. Helsingin yliopistosta. Helsingin yliopistossa koronavirus on eristetty lukemattomia kertoja ottamalla ihmisestä nenänielutikulla näyte. Näytteelle on tehty virusviljely, jonka jälkeen virusta on kuvattu elektronimikroskoopilla.

Viruksia löytyy käytännössä kaikista maapallon ekosysteemeistä. Viruksia tutkii virologia, joka on mikrobiologian alalaji.

Tartunnan saamisen jälkeen isäntäsolu pakotetaan tuottamaan nopeasti tuhansia kopioita alkuperäisestä viruksesta. Kun viruksia ei ole infektoituneen solun sisällä tai solun tarttumisprosessissa, niitä esiintyy itsenäisten hiukkasten tai virionien muodossa, jotka koostuvat:

  • geneettisestä materiaalista, ts. Pitkistä DNA:n tai RNA:n molekyyleistä, jotka koodaavat solun rakennetta. Proteiinit, joilla virus vaikuttaa
  • proteiinipäällyste, kapsidi, joka ympäröi ja suojaa geneettistä materiaalia; ja joissakin tapauksissa
  • lipidien ulkokuori.

Näiden viruspartikkeleiden muodot vaihtelevat yksinkertaisista kierteisistä ja ikosaedrisista muodoista monimutkaisempiin rakenteisiin. Useimmilla viruslajeilla virionit ovat liian pieniä optisella mikroskoopilla havainnointiin, koska niiden koko on vain joitain sadasosia bakteerien koosta.

Virusten alkuperä elämän evoluutiohistoriassa on epäselvä: jotkut ovat saattaneet kehittyä plasmidista – DNA-paloista, jotka voivat liikkua solujen välillä – kun taas toiset ovat saattaneet kehittyä bakteereista.

Kehityksessä virukset mahdollistavat horisontaalisen geeninsiirron, mikä lisää geneettistä monimuotoisuutta samalla tavalla kuin suvullinen lisääntyminen.

Jotkut biologit pitävät viruksia elämänmuotona, koska ne kuljettavat geneettistä materiaalia, lisääntyvät ja kehittyvät luonnollisen valinnan kautta, vaikka niiltä puuttuvatkin keskeiset elämän ominaisuudet, kuten solurakenne, joita pidetään yleensä välttämättöminä kriteereinä elämän määrittelemiseksi.

Koska viruksilla on joitain, mutta ei kaikkia elävän organismin ominaisuuksia, viruksia on kuvattu ”elämän reunalla oleviksi organismeiksi” ja itsereplikaattoreiksi.

Virukset leviävät monin tavoin. Yksi tartuntareitti kulkee tauteja kantavien organismien kautta. Tämä reitti tunnetaan vektorina: viruksia välitetään kasvista kasviin kasvimehusta ravintoa saavien hyönteisten välittämnä (esimerkiksi kirvojen välittämänä); verta imevät hyönteiset voivat puolestaan välittää viruksia eläinten välillä.

Influenssavirukset leviävät ilmassa pisara- tai aerosolitartuntoina yskimisen ja aivastuksen välityksellä. Norovirus- ja rotavirus leviävät ulosteen välityksellä esimerkiksi pilaantuneesta vedestä tai virukselle altistuneesta ravinnosta. Ihmisillä infektion tuottamiseen tarvittava tarttuva noroviruksen annos on alle 100 hiukkasta.

HIV on yksi monista viruksista, jotka tarttuvat seksuaalisen kanssakäymisen kautta tai altistumalla tartunnan saaneelle verelle.

Erilaista isäntäsolua, johon virus voi tarttua, kutsutaan sen ”isäntäalueeksi”. Tämä voi olla kapea, eli virus kykenee tartuttamaan muutamia lajeja, tai laaja, eli se kykenee tartuttamaan monia.

Eläinten virusinfektiot aiheuttavat immuunivasteen, joka yleensä eliminoi tarttuvan viruksen. Immuunivasteita voidaan tuottaa myös rokotteilla, jotka antavat keinotekoisesti hankitun immuniteetin spesifiselle virusinfektiolle. Jotkut virukset, kuten AIDSia, HPV-infektiota ja virushepatiittia aiheuttavat virukset, välttävät immuunivasteita ja johtavat kroonisiin infektioihin.

Sars-CoV-2 tarttuu herkästi ja infektio soluja tehokkaasti sille altistuneen henkilön elimistössä luoden jatkuvasti pieniä muutoksia viruksen perimäainekseen. Osa näistä muutoksista heikentää virusta, mutta suurin osa muutoksista on tarttuvuuden ja infektion voimakkuuden suhteen neutraaleja.

Isäntäorganismissa kopioituva virus tuottaa myös virusta vahventavia mutaatioita, joista tutkijat ja lääketieteellinen yhteisö ovat huolissaan. Muutaatiot voivat kiertää tai heikentää infektion tai rokotuksen antamaa immuniteettia. Muuntuneista ja tehokkaammin leviävistä viruksista voi kehittyä vallitsevia virusvariantteja, kuten koronaviruksen deltavariantin kohdalla näyttää tapahtuneen.

Virus – organismi elämän reunalla

Virus lisääntyy kiinnittymällä kohdekudoksen solujen reseptoriin ja kaappaamalla isäntäsoluja tuottamaan itsestään kopioita. Replikaatio tuottaa virheitä viruksen perimäainekseen. Nämä virheet voivat heikentää tai vahvistaa virusta.

Yleiset käsitteet Molecular Medicine (4th edition)

Virustautien patologiset vaikutukset johtuvat:

  • viruksen geenituotteiden toksisesta vaikutuksesta tartunnan saaneiden solujen aineenvaihduntaan
  • isännän reaktioista viruksen geenejä ilmentäviin tartunnan saaneisiin soluihin
  • viruksen geneettisen materiaalin aiheuttamat solutoimintojen muutokset perimään, solusignalointiin ja proteiinisynteesiin.

Viruksen lisääntyminen

Usein akuuttien virustautien oireet ja merkit voivat olla suoraan yhteydessä viruksen aiheuttamaan solujen tuhoutumiseen. Virusten lisääntymisessä on tärkeää määritellä eräitä yleisiä käsitteitä.

Viruksen lisääntyminen edellyttää, että se voi infektoida isäntäorganismin soluja tuottamaan viruskopioita. Solujen herkkyys eri viruksille vaihtelee isäntäorganismista ja solujen kudostyypeistä riippuen.

Viruksen isäntäalue (host range) määrittää sekä ne kudossolujen tyypit että eläinlajit, joita virus voi infektoida ja joissa se voi lisääntyä. Virukset eroavat huomattavasti isäntäalueensa suhteen. Joillakin viruksilla (esim. St.Louis-enkefaliitilla) on laaja isäntäalue, kun taas toisten isäntäalue (esim. ihmisen papilloomavirukset) voi olla spesifinen joukko erilaistuneita yhden lajin soluja (esim. ihmisen keratinosyytit).

Kun ihminen, jolla on tartunnalle altistava isäntäalue, altistuu virukselle, infektoituvat solut voivat toimia viruksen sisäänkäyntiportaaleina. Näiden solujen infektio ei välttämättä riitä aiheuttamaan kliinisesti osoitettavissa olevaa tautia. Infektio voi levitä altistumisalueelta muualle elimistöön. Usein tauti kuitenkin on seurausta kohdesolujen altistumisesta virukselle.

Monissa tapauksissa (esim. hengitystieinfektioissa ja sukuelinten herpes simplex -infektioissa) viruksen kohdesolut ovat kudoksissa, jotka ensimmäisinä altistuvat virukselle. Infektion aikana virus vie soluun geneettisen materiaalinsa – RNA:n tai DNA:n -, johon liittyy usein välttämättömiä proteiineja.

Virusgenomien koot, koostumukset ja geeniorganisaatiot vaihtelevat valtavasti. Virukset näyttävät kehittyneen eri reiteillä. Kaksi tärkeää huomiota:

Ensinnäkin viruksen kyky lisääntyä ja tartunnan saaneen solun kohtalo riippuu viruksen geenituotteiden – proteiinien – synteesistä ja toiminnasta. Rakenteen ja toiminnan, geneettisen materiaalin sekvenssin ja järjestelyn sekä geenien ilmentymismekanismin välinen korrelaatio ei ole missään ilmeisempi kuin viruksissa. Niiden mekanismien monimuotoisuus, joilla virukset varmistavat proteiiniensa valmistumisen, heijastelee viruksen geneettistä rakennetta, mutta ei aina johdu siitä.

Toiseksi, vaikka virukset eroavat huomattavasti niiden sisältämien geenien lukumäärän suhteen, kaikki virukset koodaavat vähintään kolmea toimintosarjaa, jotka ilmaistaan niiden määrittelemillä proteiineilla. Virusproteiinit

  1. varmistavat viruksen genomien replikaation
  2. pakkaavat genomin viruspartikkeleiksi – virioneiksi – ja
  3. muuttavat infektoituneen solun rakennetta ja / tai toimintaa.

Kyky säilyä piilevänä, joka on on välttämätön ominaisuus joidenkin virusten selviytymiselle ihmispopulaatiossa, on joidenkin virusten geenituotteiden ilmaisema lisätoiminto.

Virusten käyttämä strategia näiden toimintojen varmistamiseksi vaihtelee. Muutamissa tapauksissa (papovavirukset) virusproteiinit vain auttavat isäntäentsyymejä replikoimaan virusgenomin. Useimmissa tapauksissa (esim. pikornavirukset, reovirukset, herpesvirukset) virusproteiinit replikoivat viruksen genomin, mutta jopa itsestään riippuvaisin virus käyttää tässä prosessissa ainakin joitain isäntäproteiineja.

Kaikissa tapauksissa virusproteiinit pakkaavat genomin virioneiksi, vaikka isäntäproteiinit tai polyamiinit voivat komplisoitua viruksen genomien (esim. papovavirusten) kanssa ennen viruspartikkelin biogeneesiä tai sen aikana.

Viruksen lisääntymisen vaikutukset voivat vaihdella solukuolemasta hienovaraisiin, mutta mahdollisesti erittäin merkittäviin muutoksiin solun toiminnassa ja solun pinnalla ilmentyvien antigeenien kirjoissa.

Muutama vuosi sitten ymmärryksemme virusten lisääntymisjaksoista perustui pääasiassa viljelmässä synkronisesti infektoiduissa soluissa tapahtuvien tapahtumien analyysiin; tiesimme vähän viruksista, joita ei ollut vielä kasvatettu viljellyissä soluissa.

Viime aikoina molekyylikloonaus ja viruksen geenien ilmentäminen ovat rikastuttaneet valtavasti tietämystämme viruksista, jotka lisääntyvät huonosti, jos ollenkaan (esimerkiksi ihmisen hepadnavirukset ja papilloomavirukset) viljelysoluissa.

Kaikkien virusten lisääntymisjaksoilla on useita yhteisiä piirteitä. Ensinnäkin pian tartunnan jälkeen ja jopa useita tunteja sen jälkeen vain pieniä määriä vanhempien tarttuvaa virusta voidaan havaita. Tätä väliä kutsutaan pimennysvaiheeksi; se osoittaa, että viruksen genomit ovat altistuneet niiden ilmentymiselle tarvittaville isäntäkoneille tai viruskoneille, mutta jälkeläisviruksen tuotanto ei ole vielä kasvanut havaittavalle tasolle. Pimennysvaihetta seuraa kypsymisvaihe, jossa jälkeläisvirionit kerääntyvät soluun tai solunulkoiseen ympäristöön eksponentiaalisilla nopeuksilla.

Usean tunnin (esim. pikornavirukset) tai päivien (sytomegalovirus) jälkeen lyyttisillä viruksilla infektoidut solut lopettavat kaiken metabolisen aktiivisuutensa ja menettävät rakenteellisen eheytensä.

Solut, jotka on infektoitu ei-lyyttisillä viruksilla, voivat edelleen syntetisoida viruksia. Virusten lisääntymisjakso vaihtelee 8 tunnista (picornavirukset) yli 72 tuntiin (jotkut herpesvirukset).

Viruksen saanto solua kohti vaihtelee yli 100 000 polioviruspartikkelista useisiin tuhansiin rokkovirushiukkasiin.

Ihmisen perimästä suuri osa muodostuu virusgeeneistä.

Virukselle herkistyneet solut

Virukselle herkistyneen solun infektio ei automaattisesti takaa, että virus lisääntyy ja että virusjälkeläisiä syntyy. Tämä on virologian tärkeimpiä käsitteellisiä kehityskulkuja, ja sitä on korostettava yksityiskohtaisesti.

Alttiiden solujen infektio voi olla tuottavaa, rajoittavaa tai keskeyttävää.

Tuottava infektio esiintyy sallivissa soluissa ja sille on ominaista tarttuvien jälkeläisten tuotanto. Keskeyttävä infektio voi esiintyä kahdesta syystä. Vaikka solu voi olla altis tartunnalle, se voi olla ei-salliva, jolloin muutama, mutta ei kaikki, virusgeenit voidaan ilmentää harvoin tunnetuista syistä. Keskeyttävä infektio voi johtua myös joko permissiivisten tai ei-permissiivisten solujen infektiosta viallisilla viruksilla, joista puuttuu virusgeenien täydellinen rakenne. Solut voivat myös olla vain ohimenevästi sallivia, ja seuraukset ovat joko se, että infektio jatkuu solussa, kunnes solusta tulee ei-salliva, tai että vain harvat soluista tuottavat viruksen jälkeläisiä.

Virologit ovat määrittäneet tämäntyyppisen infektion rajoittavaksi tai uudelleenjärjesteleväksi. Tämä luokitus ei ole triviaali; sen merkitys johtuu havainnosta, että sytolyyttiset virukset, jotka normaalisti tuhoavat sallivan solun virusreplikaatioita tuottavan infektion aikana, voivat vain vahingoittaa, mutta ei tuhota keskeyttävästi infektoituneita, sallivia tai ei-permissiivisiä soluja. Tämän vahingon seuraukset voi olla sellaisten isäntätoimintojen ilmentyminen, jotka muuttavat solun normaalista pahanlaatuiseksi. Viruksen genomien pysyvyys on yleisempi seuraus rajoittavista ja aborttisista infektioista.

Antireseptori

Kiinnittyminen muodostaa virioniproteiinin antireseptorin erityisen sitoutumisen solun pinnan reseptoriin. Klassinen esimerkki antireseptorista on influenssaviruksen hemagglutiniini.

Antireseptorit jakautuvat ihmisen ja eläimen soluja infektoivien virusten pinnoille. Monimutkaisissa viruksissa, kuten herpes simplex -viruksessa voi olla useampi kuin yksi reseptorimolekyylilaji. Antireseptoreita spesifioivien geenien mutaatiot voivat johtaa kykyyn olla vuorovaikutuksessa tiettyjen reseptorien kanssa.

Tähän mennessä tunnistetut solureseptorit ovat suurelta osin glykoproteiineja, jotka sisältävät siaalihappoa ja heparaanisulfaattia. Kiinnityminen vaatii riittävinä pitoisuuksina ioneja vähentämään sähköstaattista hylkimistä, mutta prosessi on suurelta osin lämpötilasta ja energiasta riippumaton.

Solujen altistumisherkkyyttä rajoittaa sopivien reseptorien saatavuus. Kaikki muuten herkän organismin solut eivät ekspressoi infektiolle altistavia reseptoreita. Ihmisen munuaissoluista puuttuu polioviruksen reseptoreita, mutta reseptorit ilmestyvät kun munuaissoluja viljellään soluviljelmässä.
Alttiutta ei pidä sekoittaa sallivuuteen. Vaikka solut, joilta puuttuvat reseptorit polioviruksen kiinnittymiselle ovat virukselle tunnistamattomia, ne ovat täysin sallivia, koska ne voivat tuottaa tarttuvaa virusta transfektion jälkeen esimerkiksi polioviruspartikkeleista uutetun ehjän virus-RNA:n kanssa.

Joissakin tapauksissa virusten kiinnittyminen soluihin (esim. pikornavirukset) johtavat peruuttamattomiin muutoksiin virionin rakenteessa.

Tapauksissa, joissa soluun tunkeutumista ei tapahdu, virus voi irtautua ja päätyä toiseen soluun: esimerkiksi ortomyksovirukset ja jotkut paramiksovirukset, joiden pinnalla on neuraminidaasi.

Nämä virukset voivat fuusioitua soluun reseptoreistaan katkaisemalla neuramiinihapon reseptorien polysakkaridiketjuista. Tunkeutuminen on energiasta riippuvainen vaihe. Se tapahtuu melkein välittömästi kiinnittymisen jälkeen ja sisältää yhden kolmesta mekanismista, eli

  • virionin translokaation plasmamembraanin läpi
  • viruspartikkelin endosytoosin, joka johtaa virionien kertymiseen sytoplasmaan vakuolien sisällä ja
  • solukalvon virionin vaipan kanssa.
Neuraminidaasit eli sialidaasit

ovat glykosidihydrolaasientsyymejä, jotka halkaisevat neuramiinihappojen glykosidisidoksia. Neuraminidaasientsyymejä on paljon ja niitä esiintyy monissa organismeissa. Yleisesti tunnetuin neuraminidaasi on virusten pinnan neuraminidaasi.

Influenssavirusten pinnalta löytyviä neuraminidaaseja käytetään usein antigeenideterminantteina eli epitooppeina. Jotkut influenssavirusten neuraminidaasit antavat virukselle enemmän virulenssia kuin toiset neuraminidaasit.

Virusten neuraminidaasit katalysoivat vastavalmistuneiden virionien ja isäntäsolun reseptorien terminaalisten sialihappotähteiden hydrolyysiä. Virusten neuraminidaasien aktiviteetteihin kuuluvat viruspartikkeleiden kulkeutumisen avustaminen hengitysteiden liman läpi ja virionin tuottamien jälkeläisten poistumisen avustaminen infektoituneesta solusta.

On olemassa kaksi neuraminidaasipääluokkaa, jotka halkaisevat joko ekso- tai endopolysiaalihappoja:

  • Terminaalisten sialihappotähteiden α-(2–>3)-, α-(2–>6)-, α-(2–>8)-glykosidisidosten eksohydrolyysi
  • Oligo- tai poly(siaali)happojen (2–>8)-α-sialosyylisidosten endohydrolyysi

Swiss-Prot listasi 18. lokakuuta 2006 137 eri lajeilla esiintyvää neuraminidaasityyppiä. Influenssaneuraminidaaseista tunnetaan yhdeksän alatyyppiä; kaikkia yhdeksää alatyyppiä löydetään yleisesti lintujen influenssaviruksista, mutta nisäkkäiden influenssaviruksista löydetään vain tiettyjä alatyyppejä.

Ihmisistä ja sioista löydetään yleisesti vain N1 ja N2 alatyyppejä. Influenssavirusten eri alatyyppien neuraminidaaseille on ominaista serologisen ristireaktiivisuuden puuttuminen ja noin 50 prosentin aminohapposekvenssihomologia. Virusten, alkueläinten, sienten, lintujen ja nisäkkäiden lisäksi neuraminidaaseja on myös bakteereissa, joissa ne ovat tärkeitä patogeenisyyden kannalta.

Koteloimattomat virukset tunkeutuvat soluun endosytoosissa tai fuusioitumalla. Esimerkiksi polioviruksen adsorptiossa soluun kapsidi muuttuu ja menettää eheytensä siirtyessään sytoplasmaan.

Viruksilla, jotka tunkeutuvat fuusioitumalla plasmamembraaniin (esim. herpesvirukset), vaippa pysyy plasmamembraanissa, kun taas viruksen sisäiset ainesosat valuvat sytoplasmaan. Viruksen fuusio plasmamembraaniin vaatii viruksen vaipassa olevien spesifisten virusproteiinien vuorovaikutuksen solukalvon proteiinien kanssa.

Virus-solufuusioita tapahtuu useiden virusinfektioiden aikana. Esimerkiksi HIV infektoi soluja fuusioitumalla immuunijärjestelmän solujen kalvoihin. HIV:n fuusioitumisen edellytyksenä on, että virus kykenee sitoutumaan CD4-, CCR5- ja CXCR4-reseptoreihin. Proteiineja, joiden avulla virus- tai solukalvot voivat voittaa fuusioesteet, kutsutaan fusogeeneiksi. Viruksen fuusioproteiinit ovat välttämättömiä kalvofuusion tapahtumiseksi. On näyttöä siitä, että nisäkäslajit ovat saattaneet sisällyttää nämä samat proteiinit omiin soluihinsa infektion seurauksena. Fusogeenit reagoivat ärsykkeisiin, kuten matala pH tai viruksen sitoutuminen solureseptoreihin. Ärsykkeet muuttavat konformaatiota. Konformaatiomuutos mahdollistaa fusogeenien hydrofobisten alueiden paljastamisen, jotka normaalisti olisivat sisäisesti piilossa johtuen energeettisesti epäsuotuisista vuorovaikutuksista sytosolin tai solunulkoisen nesteen kanssa. Hydrofobiset alueet tunnetaan fuusiopeptideinä tai fuusiosilmukoina, ja ne ovat vastuussa paikallisen kalvon epävakauden ja fuusion aiheuttamisesta.

Päällystäminen on yleinen termi, jota käytetään tunkeutumisen jälkeisistä tapahtumista, jotka mahdollistavat viruksen genomille ekspression. Useimpien virusten tapauksessa virioni hajoaa yksin tai solukomponenttien (entsyymien) avulla ja vain nukleiinihappo tai nukleiinihappo-proteiinikompleksi säilyy viruspartikkelista ennen virustoimintojen ilmentymistä. Adenoviruksen, herpesviruksen ja papilloomaviruksen nukleo-kapselit kulkeutuvat tuman huokosiin, joiden kautta virus-DNA vapautuu suoraan tumaan.

Ortomyksoviruksilla infektoiduissa soluissa partikkeli otetaan endosyyttiseen rakkulaan. Viruksen vaippaan upotettu ionikanava happamoittaa viruspartikkelin, muuttaa hemagglutiniinin rakennetta ja mahdollistaa viruskuoren fuusion vesikkelikalvon kanssa ja viruksen ribonukleoproteiinin (RNP) vapautumisen sytoplasmaan.

Reoviruksista poistetaan poikkeustapauksissa vain kapsidin osat, ja viruksen genomi ekspressoi kaikki toiminnot, vaikka sitä ei koskaan vapauteta täysin kapsidista. Rokkoviruksen genomi on päällystämätön kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa ulkopäällyste poistetaan isäntäsolun entsyymeillä. Virus-DNA:n vapautuminen tumasta edellyttävän tartunnan jälkeen valmistettujen viruksen geenituotteiden osallistumista.

Viruksen lisääntymisstrategiat

Virukset noudattavat solutoimintojen asettamia rajoituksia. Kehityksensä aikana virukset ovat kehittäneet useita erilaisia strategioita:

  • viruksen geenien koodaamiseen ja organisointiin
  • viruksen geenien ilmentämiseen (ekspressioon)
  • viruksen genomien replikaatioon ja
  • viruksen geenien kokoamiseen ja kypsymiseen

Ennen kuin näitä tarkastellaan yksityiskohtaisesti, on toistettava, että virusproteiinien synteesi isäntäproteiinisynteesikoneiston avulla on keskeinen tapahtuma viruksen replikaatiossa.

Riippumatta virusgenomin koosta, koostumuksesta ja organisaatiosta, viruksen on esitettävä kaappaamalleen solulle lähetti-RNA (mRNA), jonka solu voi tunnistaa ja kääntää (koodata proteiineiksi).

Isäntäorganismin kohdesolu asettaa viruksille kaksi rajoitusta:

Ensinnäkin solu syntetisoi oman mRNA:nsa solun tumassa transkriptoimalla DNA:n, jota seuraa transkription jälkitranskriptio, jossa mRNA luetaan ja siitä valmistetaan proteiini. Soluista puuttuu siten (a) entsyymit, jotka ovat välttämättömiä mRNA viruksen synteesille RNA-genomista tumassa tai sytoplasmassa, ja (b) entsyymit, jotka kykenevät transkriptoimaan virus-DNA:n sytoplasmassa.

Tämän rajoitteen seurauksena on, että vain virukset, joiden genomit koostuvat solun tuman saavuttavasta DNA:sta voivat hyödyntää solujen transkriptaaseja syntetisoidakseen mRNA:nsa.
Kaikkien muiden virusten on pitänyt kehittää oma transkriptaasi mRNA:n tuottamiseksi.

Toinen rajoitus on, että eukaryoottisolujen proteiinisynteesikoneisto osaa kääntää monokistronisia viestejä, sikäli kuin se ei yleensä tunnista sisäisiä aloituskohtia mRNA:issa. Tämän rajoituksen seuraukset ovat, että virukset ohjaavat erillisen mRNA:n synteesin kullekin polypeptidille (toiminnallisesti monokistroniset viestit) tai yhdelle tai useammalle mRNA:lle, jotka koodaavat ”polyproteiinia”, joka sitten pilkotaan yksittäisiksi proteiineiksi.

Harvinaisissa tapauksissa (esim. retrovirukset), määrittelemällä rakenteensa erityisellä kehyssiirrolla tai paramiksoviruksilla lisäämällä kaksi koodaamatonta nukleotidia transkriptoituun RNA:han) virusgenomin sama koodaava domeeni ohjaa kahden erillisen proteiinisarjan synteesiä.

Virukset vaihtelevat genomiensa rakenteen ja organisaation suhteen

Virusgeenit koodataan joko RNA- tai DNA-genomeihin. Nämä genomit voivat olla joko yksijuosteisia tai kaksijuosteisia. Lisäksi nämä genomit voivat olla yksiosaisia, joissa kaikki viruksen geenit sisältyvät yhteen kromosomiin, ja monipartiitteja, jossa viruksen geenit ovat jakautuneet useisiin kromosomeihin ja muodostavat yhdessä viruksen genomin.

Sekaannusten välttämiseksi ”genomiseksi” nimetään vain virioneissa esiintyvä nukleiinihappo. RNA-virusten joukossa reovirus edustaa tunnetuinta perhettä, joka sisältää kaksijuosteisen genomin, ja tämä genomi on moniosainen (koostuu 10 segmentistä tai kromosomista).

Yksisäikeisten RNA-virusten genomit ovat joko moniosaisia (pikornaviruksia, togaviruksia, paramiksoviruksia, rhabdoviruksia, koronaviruksia, retroviruksia) tai moniosaisia (ortomyksoviruksia, arenaviruksia ja bunyaviruksia).

Kaikki RNA-genomit ovat lineaarisia molekyylejä. Jotkut (esim. pikornavirukset) sisältävät kovalenttisesti kytketyn polypeptidin tai aminohapon RNA: n 5′-päässä.

Kaikki tunnetut DNA-virukset, jotka infektoivat selkärankaisia isäntiä, sisältävät moniosaisen genomin. Parvoviruksen genomeja lukuun ottamatta kaikki ovat kokonaan tai ainakin osittain kaksisäikeisiä. Yksittäiset parvovirusvirionit sisältävät lineaarista yksijuosteista DNA:ta; joissakin suvuissa (esim. adenovirus) DNA: n molemmat komplementaariset säikeet on pakattu, mutta eri viruspartikkeleihin.

Papova- ja papilloomavirusten genomit ovat suljettuja pyöreitä DNA-molekyylejä. Vaikka sekä adenovirusten että herpesvirusten genomit ovat lineaarisia kaksisäikeisiä molekyylejä, yksi juoste adenoviruksen genomin kummassakin päässä on kovalenttisesti sitoutunut proteiiniin, kun taas herpesviruksen DNA:lla on 3′-yksi nukleotidipidennys kummassakin päässä.

Rokkovirusten DNA:t ovat myös lineaarisia, mutta tässä tapauksessa kunkin juosteen 3′-pää on kovalenttisesti liitetty jatkuvan silmukan muodostavan komplementaarisen juosteen 5′-päähän.

Hepatiitti B -viruksen DNA on pyöreä kaksisäikeinen molekyyli, jossa jokaisessa juosteessa on aukko. Virukset eroavat toisistaan tavalla, jolla ne ekspressoivat geenejä ja jäljittelevät genomiaan.

Yksijuosteiset RNA-virukset

Lineaariset yksijuosteiset RNA-virukset muodostavat 3 ryhmää. Pikornavirukset ja togavirukset ovat esimerkkejä ensimmäisestä ryhmästä. Näillä genomeilla on kaksi tehtävää:

Ensimmäinen näistä toiminnoista on toimia lähetti-RNA:na. Yleensä virukset, joiden genomit voivat toimia ja toimivat lähetti-RNA:na, tunnetaan plus (+) -juosteviruksina.

Soluun tulon jälkeen pikornaviruksen RNA sitoutuu ribosomeihin ja transloituu kokonaisuudessaan. Tämän translaation tuote – polyproteiini – katkaistaan proteolyyttisillä entsyymeillä. Vaikka sekundaarisissa pilkkomisissa on mukana viruksen määrittelemiä proteaaseja, on todisteita siitä, että polyproteiini itsessään on entsymaattisesti aktiivinen trans-proteiineissa, toisin sanoen molekyyli ei pysty pilkkomaan itseään, mutta se voi pilkkoa muita polyproteiineja.

Genomisen RNA:n toinen tehtävä on toimia mallina (templaattina) komplementaarisen (-) juosteen RNA:n synteesille polymeraasin avulla, joka on johdettu polyproteiinin pilkkomisesta. (-) RNA-juoste toimii sitten vuorostaan templaattina, jotta saadaan enemmän (+) RNA-juosteita. Jälkeläisten (+) juosteet voivat sitten toimia (a) mRNA:na tai (b) templaateina, jotta saadaan enemmän (-) RNA-juosteita.

Togavirukset ja jotkut muut (+) -juosteiset RNA-virukset eroavat pikornaviruksista. Tarkemmin sanottuna vain osa genomisesta RNA:sta on saatavana translaatioksi proteiinisynteesin ensimmäisellä kierroksella. Tuloksena olevien tuotteiden todennäköinen tehtävä on transkriptoida genominen RNA, jolloin saadaan täyspitkä (-) RNA-juoste. Tämä (-) RNA-juoste toimii templaattina kahdelle (+) RNA-molekyylin kokoluokalle.

Ensimmäinen on pieni mRNA, joka kattaa genomisen RNA:n alueen, jota ei ole käännetty ensimmäisellä kierroksella. Tuloksena oleva polyproteiini pilkotaan proteiineiksi, joiden päätehtävänä on toimia virionien rakenteellisina komponentteina. (+) RNA:n toinen luokka on täysikokoinen genominen RNA, joka on pakattu virioneihin. Useita mRNA-lajeja tuotetaan koronaviruksilla, kalisiviruksilla tai hepatiitti E -viruksilla infektoiduissa soluissa.

Keskeistä (+) -juoste-virusten replikaatiossa on genomisen RNA:n kyky toimia mRNA:na infektion jälkeen. Seuraukset ovat kaksinkertaiset:

Ensinnäkin, genomin replikaatiosta vastaavat entsyymit valmistetaan infektion jälkeen, eikä virionin tarvitse tuoda niitä tartunnan saaneeseen soluun. Siksi virioneista uutettu RNA on tarttuvaa.
Toiseksi, koska kaikki (+) -juostegenomit ovat yksiosaisia, niiden kaikki geenit on kytketty yhteen kromosomiin. Sekä genomisen RNA:n että mRNA-lajien translaation alkutuotteet ovat välttämättä yksi proteiini. Pikornavirusten ja togavirusten translaatiotuotteet on katkaistava virionissa tai infektoituneessa solussa olevien yksittäisten proteiinien tuottamiseksi.

Ortomyksovirukset, paramiksovirukset, bunyavirukset, arenavirukset ja rabdo-virukset käsittävät toisen sarjan yksijuosteisia RNA-viruksia, jotka on määritelty miinus (-) juosteen viruksiksi.

(-) -juosteiset virukset on kätevä erottaa kahteen ryhmään ortomyksovirukset, bunyavirukset ja arenavirukset moniosaisista viruksista (paramykovirukset ja rabdovirukset). Tyypillisesti niiden genomisten RNA:iden on palveltava kahta templaattitoimintoa, ensimmäisessä vaiheessa mRNA:n synteesiä varten, ja toisessa komplementaaristen (+) säikeiden synteesissä, jotka toimivat templaattina viruksen jälkeläisten genomien valmistamiseksi. Koska niiden genomi on transkriptoitava mRNA:n tekemiseksi, ja solusta puuttuu sopivat entsyymit, kaikki miinusäikeiset virukset pakataan virionissa transkriptaasiin viruksen genomin ohella.

Genomin transkriptio

Viruksen genomin transkriptio on ensimmäinen tapahtuma virusten soluihin pääsyn jälkeen; prosessi tuottaa toiminnallisesti monokistroniset mRNA:t (+ säikeet), joista kukin määrittelee yhden proteiinin.

Replikaatio alkaa vasta syntetisoitujen virusproteiinien johdolla, joista valmistetaan täyspitkä (+) juoste ja se toimii templaattina (-) juosteen genomisten RNA:iden synteesille. Toistettavaksi toisin kuin + -juoste-virukset, (-) -juoste-virukset toimivat transkription mallipohjina, ensin mRNA:n synteesiin ja sitten (+)-juosteen transkriptioon, joka toimii mallina miinusjuosteelle .

Seuraukset ovat kolminkertaiset:

Ensinnäkin viruksen on tuotava infektoituneeseen soluun transkriptaasi valmistamaan mRNA:nsa. Toiseksi seuraa, että virioneista uutettu RNA ei ole tarttuvaa. Kolmanneksi tuotetut mRNA:t määrittelevät yhden polypeptidin.

RNA-silmukointisignaalien selektiivinen (mutta ei mielivaltainen) tarkkailu voi kuitenkin johtaa useisiin lähetti-RNA-molekyyleihin, joista kukin spesifioi eri proteiinin transkriptoinnin samalta genomisen RNA:n alueelta. Tämän seurauksena mRNA:na toimiva (+) transkriptio eroaa (+) juosteesta RNA:sta, joka toimii jälkeläisviruksen templaattina, vaikka molemmat syntetisoidaankin genomisella RNA:lla.

Siten moniosaisen genomin tapauksessa + -juosteisella RNA:lla, joka toimii mRNA:na, on molekyyliä suojaava huppu 5′-päässä ja poly (A)-häntä 3′-päässä, eikä se välttämättä sisällä kaikkia koodaamattomia sekvenssejä, jotka sisältyvät genomiseen RNA:han. Etuna on, että signaalit, jotka määräävät transloituneen proteiinin runsauden, upotetaan itse RNA:han. Moniosaisen (-) juosteen virusten tapauksessa mRNA koodaa vain yhtä proteiinia, mRNA:n runsaus määritetään templaatin sijainnilla genomisella RNA:lla (mitä kauempana transkription aloituskohdasta, sitä vähemmän runsasta on mRNA ja proteiinituotteen runsaus ovat suoraan yhteydessä mRNA:n runsauteen).

Kaksisuuntaiset (2 RNA-segmenttiä) arenavirukset ja jotkut kolmiosaisista (2 RNA-segmenttejä) bunyaviruksista ovat ambisenseja; ts. ne sisältävät RNA:n, jolla on sekä (+) että (-) napaisuus. Tässä tapauksessa viruksen genomi toimii aluksi, sillä sillä on (-) juosteen polaarisuus siinä mielessä, että ne transkriptoidaan tekemään (+) juosteen mRNA:ita. Nämä koodaavat proteiineja, jotka mahdollistavat komplementaarisen (+) juosteen RNA:n synteesin. Sitten (+) -juosteiset RNA:t transkriptoidaan kahden tyyppisen (-) juosteisen RNA:n muodostamiseksi. Yksi sarja toimii (-) juosteen genomisena RNA:na, joka on pakattu virioneihin. Toinen sarja edustaa ambisense-genomisen RNA: n osittaisia sekvenssejä. Vaikka määritelmän mukaan tämä RNA on (-) -juoste, koska se sisältää sekvenssejä, joilla on sama polariteetti kuin genomisella RNA:lla, se koodaa mRNA:na virusproteiineja.

Retrovirukset käsittävät kolmannen RNA-virusten ryhmän. Tyypillisesti retrovirusgenomit ovat yksiosaisia, mutta diploideja. Nämä säikeet ovat joko osittain vetysietoisia toiseen makromolekyyliin tai emäsparit pareittain vielä tuntemattomalla tavalla.

Infektion jälkeen ainoa tunnettu genomisten RNA:iden tehtävä on toimia templaattina virus-DNA:n synteesille. Siltä osin kuin eukaryoottisoluilla ei ole entsyymejä, jotka kykenisivät suorittamaan tämän tehtävän, virioni sisältää genomin lisäksi RNA-riippuvaisen DNA-polymeraasin (käänteiskopioijaentsyymin) sekä isäntänsiirto-RNA:iden seoksen, joista yksi toimii alukkeena.

Genomitranskription keskeiset vaiheet ovat:

  • tRNA (eli siirtäjä-RNA)- käänteistranskriptaasikompleksin sitoutuminen genomiseen RNA: han
  • genomiselle RNA:lle komplementaarisen DNA-molekyylin synteesi yhdistettynä RNA:n pilkkomiseen viruksen ribonukleaasilla (RNaasi) H, myös virioniin pakattu), spesifinen RNA:lle RNA-DNA-hybridissä, ja
  • komplementaarisen DNA-juosteen synteesi ja sellaisen lineaarisen DNA-molekyylin täydentäminen, joka sisältää kokonaisuudessaan genomisen RNA:n sisältämät sekvenssit, mutta kopioimalla kahdesta pienestä sekvenssistä, yksi RNA: n 3′-päästä, joka on kopioitu DNA:n 5′-päässä, ja toinen RNA:n 5′-päästä, joka on kopioitu DNA:n 3′-päässä.

Kaksoisjuosteinen DNA siirtyy sitten tumaan, jossa virusproteiinit integroivat isäntägenomiin. Virusgeenien ilmentyminen ei välttämättä seuraa välittömästi. Kun se tapahtuu, isännän RNA-polymeraasi II transkriboi integroidun virus-DNA:n. Transkriptiotuotteet ovat genomin pituisia RNA-molekyylejä ja lyhyempiä, geeniklusterin pituisia mRNA:ita, jotka käännetään polyproteiinien tuottamiseksi.

Polyproteiinit pilkotaan sitten yksittäisten virusproteiinien tuottamiseksi. Ainakin yhden proteiinin synteesi suoritetaan ribosomaalisella kehyssiirrolla. Vain genomin pituinen transkriptio on pakattu virioneihin.

Retrovirukset vaihtelevat genomiensa monimutkaisuudessa. Kaikki retrovirusgenomit koodaavat vastuselementtejä (cis-vaikuttavat kohdat) solun transaktiotekijöille, jotka voivat olla kudosspesifisiä, ja isännän RNA-polymeraasin transkriptioaloitukselle. Monimutkaisemmat lentivirukset (retrovirusten alaryhmä) koodaavat transaktiotekijöitä, jotka säätelevät virusproteiinien runsautta ja ilmentämisjärjestystä.

Kaksijuosteiset RNA-virukset

Kaksisäikeinen, moniosainen reoviruksen genomi transkriptoidaan osittain avatussa kapsidissa virioniin pakatun polymeraasin avulla ja 10 erilaista mRNA (+ säikeet) -lajia ekstrudoidaan kapsidin paljaiden pisteiden läpi.

Lähetti-RNA-molekyyleillä on kaksi tehtävää. Ensinnäkin ne käännetään monokistronisina viesteinä virusproteiinien tuottamiseksi. Toiseksi, yksi RNA kustakin 10 lajista kokoontuu edeltäjähiukkasessa, jossa ne toimivat templaattina komplementaarisen juosteen synteesille, jolloin saadaan kaksisäikeisiä genomisegmenttejä.

DNA-viruksen genomit

DNA-virukset voidaan jakaa 4 ryhmään. Papovirus-, adenovirus- ja herpesvirusgenomit transkriptoidaan ja replikoidaan solun tumassa. Ne voivat käyttää isännän transkriptioentsyymejä mRNA:n tuottamiseen. Näiden virusten DNA:t ovat tarttuvia. Transkriptio-ohjelma koostuu vähintään kahdesta transkriptiosyklistä papoviruksille ja vähintään kolmesta herpesviruksille ja adenoviruksille. Kummassakin tapauksessa rakenteelliset tai virionipolypeptidit valmistetaan mRNA:sta, joka on muodostettu viimeisestä transkriptiosyklistä.

Rokkovirukset muodostavat toisen ryhmän. Vaikka rokkoviruksen DNA:ta on havaittu solun tumassa, transkriptio ja useimmat muut lisääntymiskierron tapahtumat näyttävät tapahtuvan sytoplasmassa. Genomin transkriptoi virusentsyymi. Alkuperäinen transkriptio tapahtuu virionin ytimessä. Monet tämän viruksen lisääntymissykliä koskevat kysymykset ovat edelleen ratkaisematta.

Parvovirukset muodostavat kolmannen ryhmän. Yksi ihmisen parvovirus, adeno-assosioitunut virus, vaatii adenoviruksia tai herpes simplex -viruksia auttajaviruksiksi lisääntyäkseen. Auttajaviruksen puuttuessa genomi näyttää integroituvan ihmisen kromosomin spesifiseen lokukseen. Muut ihmisen parvovirukset pystyvät lisääntymään ilman ”auttajaviruksen” apua.

Viruksen replikaatio sisältää yksijuosteiselle genomi-DNA:lle komplementaarisen DNA-juosteen synteesin ytimessä ja genomin transkription. Hepadnavirukset, joista esimerkkinä hepatiitti B -virus, muodostavat 4. ryhmän. Tämän viruksen DNA korjataan ja muunnetaan suljetuksi pyöreäksi molekyyliksi virioniin pakatun DNA-polymeraasin avulla, minkä jälkeen se transkriptoidaan kahdeksi RNA-molekyyliluokaksi, eli mRNA:ksi, joka ohjaa proteiinien valmistusta ja genomi-RNA:ksi, jonka käänteistranskriptaasi tuottaa genomisen DNA:n.

Virukset eroavat kokoonpanonsa, kypsymisensä ja infektoituneista soluista poistumisensa suhteen

Virukset ovat kehittäneet kaksi perustavaa laatua olevaa strategiaa niiden kokoamiseen, kypsymiseen ja vapautumiseen tartunnan saaneesta solusta.

Ensimmäinen, josta esimerkkinä vaipattomat virukset, kuten pikornavirukset, reovirukset, papovavirukset, parvovirukset ja adenovirukset, sisältää solunsisäisen kokoonpanon ja kypsymisen. Pikornavirusten tapauksessa 60 kopiota kustakin virioniproteiineista, jotka on nimetty VP0:ksi, VP1:ksi ja VP3:ksi, kerääntyy sytoplasmaan prokapsidiksi. Viruksen RNA pakataan sitten prokapsidiin ja prosessissa VP0 pilkotaan, jolloin saadaan kaksi polypeptidiä, VP2 ja VP4. Katkaisu aiheuttaa kapsidin uudelleenjärjestelyn termodynaamisesti stabiiliksi rakenteeksi, jossa RNA on suojattu nukleaasien pääsyltä.

Reovirukset kerääntyvät myös solun sytoplasmaan. Sitä vastoin adenovirukset, papovavirukset ja parvovirukset kokoontuvat tumaan. Yleensä kaikki virukset, jotka kerääntyvät ja saavat tarttuvuuden solun sisällä, ovat suurelta osin riippuvaisia tartunnan saaneen solun hajoamisesta, jolloin ne vapautuvat solusta verenkiertoon. Infektoituneen solun hajottaminen ja isäntäorganismin makromolekyyliaineenvaihdunnan sulkeminen ovat usein viruksen rakenneproteiinien tehtäviä.

Toista strategiaa käyttävät vaipalliset virukset, joista esimerkkeinä ovat kaikki (-)-juosteen RNA-virukset, togavirukset ja retrovirukset, ja se yhdistää virionin kokoamisen viimeisen vaiheen sen ulostuloon infektoidusta solusta. Näiden vaipallisten virusten tapauksessa asianmukaisia signaalisekvenssejä tai muita tunnistusmarkkereita sisältävät virusproteiinit liitetään plasmakalvon tai muiden sytoplasmisten kalvojen sekä sisä- että ulkopintaan.

Ulkopinnasta ulkonevat proteiinit yleensä glykosyloituvat isäntäentsyymien vaikutuksesta ja aggregoituvat paikkauksiksi, jotka syrjäyttävät isäntäkalvon proteiinit. Viruksen nukleokapsidit sitoutuvat erityisiin viruksen spesifioituihin proteiineihin, jotka vuoraavat näiden paikkausten sytoplasmista puolta, tai virusglykoproteiinien (esim. togavirukset) sytoplasmisiin domeeneihin ja kietoutuvat paikkausten mukana. Prosessissa syntyvä virioni ”pursotetaan” (ekstruusio) solunulkoiseen ympäristöön.

Joissakin tapauksissa (esim. ortomyksovirukset ja paramyksovirukset) yhden pintaproteiinilajin katkaisua ja uudelleenjärjestymistä tapahtuu ekstruusion aikana tai sen jälkeen ja se antaa äskettäin muodostuneelle virionille kyvyn infektoida soluja.

Viruksen kokoaminen ja kypsyminen ekstruusiolla solun pinnalta tarjoaa tehokkaamman ulospääsymekanismin, koska se ei riipu infektoituneen solun hajoamisesta. Itse asiassa virukset, jotka kypsyvät ja poistuvat tällä tavalla, vaihtelevat huomattavasti niiden vaikutuksissa isäntäsolun aineenvaihduntaan ja eheyteen. Ne vaihtelevat erittäin sytolyyttisistä (esim. togavirukset, paramyksovirukset, rabdovirukset) viruksiin, jotka ovat usein ei-sytolyyttisiä (esim. retrovirukset).

Viruksen glykoproteiinien solun pintaan insertoitumisen ansiosta nämä virukset kuitenkin antavat solulle uuden antigeenispesifisyyden ja infektoituneesta solusta voi tulla ja tulee isännän immuunimekanismien kohde. Herpesviruksen nukleokapsidi on koottu tumaan. Toisin kuin muut vaipalliset virukset, vaippa ja kypsyminen tapahtuvat tumakalvon sisälamellilla. Vaipallinen virus kerääntyy tumakalvon sisä- ja ulkolamellien väliseen tilaan, sytoplasmisen retikulumin säiliöihin ja rakkuloihin, jotka kuljettavat viruksen solun pinnalle.

Vaipallinen virus on ainutlaatuisesti suojattu kosketukselta sytoplasman kanssa. Herpesvirukset ovat sytolyyttisiä ja tuhoavat poikkeuksetta solut, joissa ne lisääntyvät. Kuten muut vaipalliset virukset, herpesvirukset antavat tartunnan saaneelle solulle uusia antigeenispesifisyyksiä.

Virusgenomien vaihtelu ja virusten lisääntyminen

Virologian tutkimuksen pääpaino on geneettisten variaatioiden roolissa eri viruslajien sisällä, viallisiin viruksiin sekä rajoittaviin ja abortoiviin infektioihin ihmisten sairauksissa.

Kiinnostus näitä ilmiöitä kohtaan johtuu useista näkökohdista. Näiden joukossa ovat havainnot, joiden mukaan (i) monien ihmisiä tartuttavien virusten aiheuttamien kliinisten sairauksien kirjo vaihtelee huomattavasti vakavuudeltaan ja oireiltaan, (ii) jotkin virukset (esim. ihmisen lentivirukset, influenssa ja muut muut RNA-virukset) mutatoituvat herkästi, ja (ii) että monta vuotta primaaristen infektioiden jälkeen yksilöillä voi esiintyä oireita toistuvista infektioista, keskushermoston kroonisista heikentävistä sairauksista ja pahanlaatuisista kasvaimista, jotka liittyvät tähän primaariseen infektioon.

Ymmärryksemme näiden ilmiöiden keskinäisistä suhteista voidaan tiivistää seuraavaan keskusteluun.

Samaan lajiin ja perheeseen kuuluvat virukset voivat vaihdella suuresti. Esimerkiksi, vaikka epidemiologisesti samankaltaiset ihmisen herpesviruskannat ovat yleensä identtisiä, toisiinsa liittyvät kannat erottuvat helposti restriktioentsyymipolymorfismin avulla. Tämä vaihtelu, niin merkittävä kuin se näyttääkin, hämärtyy havainnolla, että ihmisen immuunikatovirusten peräkkäiset isolaatit voivat erota nukleotidisekvenssistään.

Ajatus siitä, että jotkin luonnollisesti esiintyvät kannat aiheuttavat todennäköisemmin vakavia sairauksia kuin toiset, on enemmän anekdoottinen kuin todistettu, mutta se ei ole kaukaa haettu.

Siirtyessään viruksilla on taipumus tuottaa viallisia mutantteja (variantteja). On kätevää luokitella vialliset virukset kahteen ryhmään.

Ensimmäisen ryhmän viruksilta puuttuu yksi tai useampi välttämätön geeni, ja siksi ne eivät pysty replikoitumaan itsenäisesti ilman auttajavirusta. Kiinnostus tätä ryhmää kohtaan johtuu epäilyistä, että tietyntyyppiset vialliset virukset (esim. papilloomavirukset) voivat muuttaa infektoituneita soluja normaaleista pahanlaatuisiksi tai transaktivoida (esim. herpesvirukset) onkogeenisiä viruksia aiheuttaen solun muuttumisen pahanlaatuiseksi.

Toiseen ryhmään kuuluvat virukset, jotka sisältävät mutaatioita ja deleetioita ja jotka siksi eivät voi replikoitua tehokkaasti. Kiinnostus jälkimmäistä kohtaan johtuu suurelta osin havainnoista, että keskushermoston toimintaa krooniset heikentävät infektiot voivat jollain tavalla liittyä viruksiin. Joidenkin virusten replikaatio on liian hidas ja niiden kyky tuhota tartunnan saaneita soluja tai kyky muuttaa tartunnan saaneita soluja riittävästi tehdäkseen infektoituneesta solusta isäntäorganismin immuunijärjestelmälle kohteen estää sairastuneiden solujen tuhoamisen.

Geenimanipuloidut virukset, joista puuttuu yksi tai useampi geeni ja jotka voidaan luokitella viallisiksi, voivat viime kädessä olla virusten suurin lahja ihmiskunnalle: keino viedä geenejä täydentämään geneettisiä vikoja tai tuhota valikoivasti syöpäsoluja.

Rajoittavat ja abortiiviset infektiot kiinnostavat pääasiassa siksi, että solu voi selviytyä ja säilyttää virusgenomin määräämättömän ajan isännän eliniän ajan. Kompetentilla viruksella (esim. herpesviruksilla) restriktiivisesti infektoitunut solu voi olla viruksen piilevä säiliö, joka voi replikoitua ja levitä, kun solu aktivoidaan sallivaksi. Viallisella viruksella epäonnistuneesti infektoitunut solu voi myös selviytyä ja sopivalla ärsykkeellä siitä voi tulla pahanlaatuinen (esim. papilloomavirukset).

Joissakin tapauksissa rajoittavat infektiot voivat liittyä vaatimukseen, että virusta on säilytettävä tietyssä solussa, jotta se säilyy luonnollisen isäntänsä kanssa. Epäilemättä nämä ilmiöt ovat tutkimuksen kohteena vielä vuosia.

Lähdeaineisto

  1. Crawford, Dorothy (2011). Viruses: A Very Short Introduction. New York: Oxford University Press. p. 4. ISBN 978-0199574858.
  2. Cann, Alan (2011). Principles of Molecular Virology (5 ed.). London: Academic Press. ISBN 978-0123849397.
  3. Scholthof, Karen-Beth G.; Shaw, John G.; Zaitlin, Milton (eds.): Tobacco Mosaic Virus: One Hundred Years of Contributions to Virology. (St. Paul, MN: American Phytopathological Society Press, 1999)
  4. Calisher, Charles H.; Horzinek, M. C. (eds.): 100 Years of Virology: The Birth and Growth of a Discipline. (New York: Springer, 1999)
  5. Bos, L. (2000), ’100 years of virology: from vitalism via molecular biology to genetic engineering,’. Trends in Microbiology 8(2): 82–87
  6. Mateu MG (2013). ”Introduction: The Structural Basis of Virus Function”. Structure and Physics of Viruses. Subcellular Biochemistry. 68. Nature Public Health Emergency Collection. pp. 3–51. doi:10.1007/978-94-007-6552-8_1. ISBN 978-94-007-6551-1. PMC 7120296. PMID 23737047.
  7. Themes, U. F. O. (2017-02-19). ”6 Viruses–Basic Concepts”. Basicmedical Key. Retrieved 2020-05-29.
  8. ”Prion Diseases”. CDC. Archived from the original on 2010-03-04. Retrieved 2016-03-25.
  9. Evans, Alfred (1982). Viral Infections of Humans. New York: Plenum Publishing Corporation. pp. xxv–xxxi. ISBN 0306406764.
  10. Lövheim H, Gilthorpe J, Adolfsson R, Nilsson LG, Elgh F (July 2014). ”Reactivated herpes simplex infection increases the risk of Alzheimer’s disease”. Alzheimer’s & Dementia. 11 (6): 593–99. doi:10.1016/j.jalz.2014.04.522. PMID 25043910. S2CID 28979698.
  11. ”1 Moved | Prion Diseases | CDC”. Archived from the original on 2010-03-04. Retrieved 2017-09-17.
  12. Dimmock NJ, Easton AJ, Leppard K, Introduction to Modern Virology, (Oxford: Blackwell Publishers, 2007), ch 23 ”Horizons in human virology”, subch 23.3 ”Subtle and insidious virus-host interactions”, sec ”Virus infections can give their host an evolutionary advantage”, p. 432.
  13. Stanley Maloy. ”Horizontal Gene Transfer”. Retrieved 2016-03-25.
  14. Viruses: The new cancer hunters, IsraCast, 1 March 2006
  15. Castro, Christina; Marine, Rachel; Ramos, Edward; Ng, Terry Fei Fan (22 June 2020). ”The effect of variant interference on de novo assembly for viral deep sequencing”. BMC Genomics. 21 (1): 421. doi:10.1186/s12864-020-06801-w. PMC 7306937. PMID 32571214.
  16. ”Virus”, Merriam-Webster, Inc, 2011.
  17. Sussman, Max; Topley, W. W. C.; Wilson, Graham K.; Collier, L. H.; Balows, Albert (1998). Topley & Wilson’s microbiology and microbial infections. London: Arnold. p. 3. ISBN 0-340-66316-2.
  18. Iwanowski, D. (1892). ”Über die Mosaikkrankheit der Tabakspflanze”. Bulletin Scientifique Publié Par l’Académie Impériale des Sciences de Saint-Pétersbourg / Nouvelle Serie III (in German and Russian). St. Petersburg. 35: 67–70. Translated into English in Johnson, J., Ed. (1942) Phytopathological classics (St. Paul, Minnesota: American Phytopathological Society) No. 7, pp. 27–30.
  19. Iwanowski, D. (1903). ”Über die Mosaikkrankheit der Tabakspflanze”. Zeitschrift für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz (in German). 13: 1–41.
  20. Pennazio S (2007). ”Genetics and virology: Two interdisciplinary branches of biology”. Rivista di Biologia. 100 (1): 119–46. PMID 17592822.
  21. Van Epps HL (2005). ”Peyton Rous: Father of the tumor virus” (PDF). Journal of Experimental Medicine. 201 (3): 320. doi:10.1084/jem.2013fta. PMC 2213042. PMID 15756727.
  22. The Medical and Scientific Conceptions of Influenza, Human Virology at Stanford
  23. Montagnier L (2002). ”Historical essay. A History of HIV Discovery”. Science. 298 (5599): 1727–28. doi:10.1126/science.1079027. PMID 12459575. S2CID 57481800.
  24. Gallo RC (2002). ”Historical essay. The Early Years of HIV/AIDS”. Science. 298 (5599): 1728–30. doi:10.1126/science.1078050. PMID 12459576. S2CID 82899411.
  25. Gallo RC, Montagnier L (2002). ”Historical essay. Prospects for the Future”. Science. 298 (5599): 1730–31. doi:10.1126/science.1079864. PMID 12459577. S2CID 34227893.
  26. Hu, Wenhui; Kaminski, Rafal; Yang, Fan; Zhang, Yonggang; Cosentino, Laura; Li, Fang; Luo, Biao; Alvarez-Carbonell, David; Garcia-Mesa, Yoelvis (2014-08-05). ”RNA-directed gene editing specifically eradicates latent and prevents new HIV-1 infection”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (31): 11461–66. Bibcode:2014PNAS..11111461H. doi:10.1073/pnas.1405186111. ISSN 0027-8424. PMC 4128125. PMID 25049410.
  27. 2000 Albert Lasker Award for Clinical Medical Research Archived October 28, 2007, at the Wayback Machine, The Lasker Foundation. Accessed 20 February 2008
  28. Debyser Zeger (2003). ”A Short Course on Virology / Vectorology / Gene Therapy” (PDF). Current Gene Therapy. 3 (6): 495–99. doi:10.2174/1566523034578122. PMID 14683447. Archived from the original (PDF) on 2008-08-02.
  29. Kolata, Gina (2005-10-06). ”Experts Unlock Clues to Spread of 1918 Flu Virus”. The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2008-02-03.
  30. Stem Cells – This Time without the Cancer, Scientific American News, 30 November 2007
  31. ”Biggest Known Virus Yields First-Ever Virophage”. Microbe Magazine. November 2008. Archived from the original on July 22, 2011.
  32. ”Virus hiding in our genome protects early human embryos”. New Scientist. 20 April 2015.
  33. H. Tang et al., Human Organs-on-Chips for Virology, Trends in Microbiology (2020)https://en.wikipedia.org/wiki/Virology
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8181/



Lähetti-RNA (mRNA) ja mRNA-rokotteet

SARS-CoV-2-rokotteiden sisältämä piikkiproteiinia koodaava mRNA herättää monissa huolta. Se on uusi ja useimmille tuntematon rokotusteknologia, josta liikkuu paljon misinformaatiota. Kuinka pitkään lähetti-RNA toimii ja voiko mRNA ohjata piikkiproteiinien valmistamista solun kuolemaan asti tai solunjakautumisen jälkeen uusissa soluissa? Onko rokote COVID-19-infektiota vaarallisempi?

Halusin tietää enemmän, joten kokosin mRNA:sta ja siihen perustuvasta rokoteteknologiasta tämän tietopaketin.

Saatteeksi

Rokotukset ovat pitkään kuuluneet olennaisena osana kansanterveysohjelmiin ympäri maailman. Suomeen isorokkorokotukset tulivat jo 1800-luvun alussa. Monet rokotukset olivat pakollisia 1950-luvulle asti. Rokotusohjelmat ovat vähentäneet yleisvaarallisten tartuntatautien leviämistä ja vakavuutta. Erityisesti kanslliset rokotukset ovat vähentäneet lapsikuolleisuutta. Rokotusstrategioiden menestys lasten suojelemiseksi poliolta, hepatiitti B:ltä, tuhkarokolta, influenssalta ja pneumokokkiepidemioilta on vahvasti osoitettu.

COVID-19-pandemia loi kiireellisen tarpeen tehokkaalle rokotteelle. Koronarokoteohjelmassa hyödynnettiin ähetti-RNA-tekniikkaa, joka luokitellaan uuden sukupolven rokotusteknologiaksi.

Lääketiede ja -teknologia ovat edistyneet jättiläisen harppauksin viime vuosisadalta mm. parempien ja tarkempien tutkimusvälineiden ja tehokkaampien tietokoneiden ansiosta. Koronarokotteiden kehitystä nopeutti 30 vuoden tutkimustyö mRNA-menetelmästä, tutkimusryhmien rajat ylittävä yhteistyö sekä SARS- ja MERS-epidemioiden kesken jääneiden rokoteohjelmien kokoama arvokas data.

Synteettisten mRNA-alustojen vuosikymmenien tutkimus mm. syöpien hoitomuotona ja rokotteena malariaa, rabiesta, ebolaa, AIDSia, influenssaa ja muita tartuntatauteja vastaan osoittautui arvokkaaksi, kun sekä Modernan että Pfizer/BioNTechin COVID-19-mRNA-rokotteet saivat hätäkäyttöluvan.

COVID-19-rokotteiden myötä mRNA-teknologiat ovat nousseet jokaisen tietoon, mutta menetelmä tunnetaan vielä huonosti. Se aiheuttaa pelkoja.

Johdanto: lähetti- RNA:n transkriptio ja translaatio

mRNA-molekyylin ”elinkaari” eukaryoottisolussa vaihtelee minuuteista päiviin, mutta yleensä mRNA hajoaa solussa varsin nopeasti. Niin myös koronarokotteen lihassoluihin kuljettama mRNA-molekyyli, joka hajoaa parissa päivässä.

Transcription (genetics)

Transkriptio tapahtuu, kun RNA kopioidaan DNA:sta. Transkription aikana RNA-polymeraasi tekee tarvittaessa kopion DNA:n geenistä mRNA:han. Prosessi eroaa hieman eukaryooteilla ja prokaryooteilla. Yksi huomattava ero on, että prokaryoottinen RNA-polymeraasi assosioituu DNA:ta prosessoivien entsyymien kanssa transkription aikana, jotta prosessointi voi jatkua transkription aikana. Tämä tekee uudesta mRNA:sta kaksijuosteisen tuottamalla komplementaarisen juosteen (tRNA-juoste), joka ei pysty koodaamaan rakenteita emäspariutumisesta.

mRNA:n templaatti on tRNA:n komplementaarinen juoste, joka on sekvenssiltään identtinen sen antikodonisekvenssin kanssa, johon DNA sitoutuu.

Lyhytikäistä, prosessoimatonta tai osittain prosessoitua molekyyliä kutsutaan prekursori-mRNA:ksi tai pre-mRNA:ksi; kun se on täysin prosessoitu, sitä kutsutaan kypsäksi mRNA:ksi.

Normaalisti mRNA transkriptoidaan solun tumassa. Transkriptiossa RNA-polymeraasi kopioi DNA:ssa olevaa geneettistä koodia RNA:ksi. Transkriptio on proteiinisynteesin ensimmäinen vaihe, mutta transkriptiossa syntyy myös t-RNA-, r-RNA- ja s-RNA-molekyylejä.

Transkriptiossa syntynyt mRNA-molekyyli kuljetetaan tumasta solun sytoplasmaan, jossa solun miljoonat soluorganellit – ribosomit tulkitsevat lähetti-RNA:n. Translaatiossa lähetti-RNA tulkitaan ja sen ohjeen perusteella rakennetaan sitä vastaava aminohappoketju, eli proteiini.

Translaatiossa lähetti-RNA:n nukleotidien järjestys käännetään geneettisen koodin mukaisesti polypeptidiketjun aminohappojärjestykseksi. Tätä varten lähetti-RNA kuljetetaan solulimassa sijaitsevan ribosomin luo. Jos tuotettava proteiini on kalvoproteiini, solun sisäisen kalvojärjestelmän osa tai solusta ulos eritettävä proteiini kuten hormoni, ribosomi kiinnittyy solulimakalvostoon tai tumakotelon ulkoseinään. Muuten proteiinisynteesi jatkuu vapaana solulimassa olevassa ribosomissa.

Ribosomin pinnalla siirtäjä-RNA-molekyylien paikalle kuljettamat aminohapot liitetään toisiinsa peptidisidoksilla pitkäksi ketjuksi, jonka järjestyksen määrää lähetti-RNA:n emäsjärjestys. Tämä perustuu kolmen peräkkäisen emäksen ryhmiin, kodoneihin, joita kutakin vastaa tietty aminohappo. Proteiinisynteesin aloituskohtaa merkitsee oma kodoni, joka koodaa myös metioniini-aminohapon liittämistä ketjuun. Ribosomi lopettaa polypeptidiketjun muodostamisen kohdattuaan yhden kolmesta lopetuskodonista.

Lopuksi mRNA-molekyyli hajoaa.

Lähetti-RNA (mRNA)

Nisäkässolujen kolme tärkeintä RNA-tyyppiä ovat lähetti-RNA, ribosomaalinen RNA (rRNA) ja siirtäjä-RNA (tRNA).

Ribonukleiinihappo (RNA) on luonnollinen molekyyli, joka löytyy kaikista soluista. RNA:ta on monia tyyppejä, joista jokaisella on oma tehtävänsä molekyylibiologiassa. mRNA toimii tärkeänä viestimolekyylinä soluissa.

Lähetti-RNA-molekyyli kuljettaa proteiinien rakennusohjeet tumasta sytoplasmaan. mRNA:n aminohapposekvenssi kertoo koska ja millaisia proteiineja solun on tarkoitus valmistaa. mRNA:n koodi kopioidaan solun tumassa olevasta DNA-juosteesta prosessissa, jota kutsutaan transkriptioksi.

mRNA kuljetetaan sytoplasmaan (solun sisältämä liuos), jossa solun proteiinintuotantokoneisto lukee ja kääntää koodin. Tuloksena on proteiini: entsyymi, vasta-aine, hormoni tai solun rakennekomponentti.

mRNA on yksijuosteinen ribonukleiinihappo-molekyyli, joka vastaa geenin geneettistä sekvenssiä. Ribosomit lukevat mRNA-molekyylin proteiinisynteesissä. Transkriptioprosessin aikana RNA-polymeraasi-entsyymi muuntaa geenin primaariseksi transkriptio-mRNA:ksi, joka tunnetaan myös nimellä pre-mRNA.

Tämä pre-mRNA sisältää usein proteiineja koodaamattomia introneita. Intronit voivat kuitenkin sisältää alueita, jotka säätelevät proteiinisynteesiä. Intronit poistetaan RNA:n silmukointiprosessissa, jolloin jäljelle jää vain eksonit, eli alueet, jotka koodaavat proteiinia. Tämä eksonisekvenssi muodostaa valmiin mRNA:n.

Ribosomit lukevat valmiin mRNA:n, ja valmistavat mRNA:n aminohapposekvenssin mukaisen proteiinin käyttämällä siirto-RNA:n (tRNA) kuljettamia aminohappoja. Tämä prosessi tunnetaan translaationa.

RNA:ssa ja DNA:ssa geneettinen informaatio sisältyy nukleotidisekvensseihin, jotka on järjestetty kodoneiksi. Kussakin kodonissa on kolme ribonukleotidiä. Jokainen kodoni koodaa tiettyä aminohappoa. Poikkeuksena on proteiinisynteesin lopettavat lopetuskodonit, jotka eivät koodaa aminohappoja.

Kodonien translaatio aminohappoiksi vaatii kahta muuta RNA-tyyppiä:

1. siirtäjä-RNA (tRNA) tunnistaa kodonin ja tuo proteiinisynteesiin kodonia vastaavan aminohapon
2. ribosomaalinen RNA (rRNA) on ribosomin proteiininvalmistuskoneiston keskeinen komponentti.

mRNA:n historia

Sydney Brenner ja Francis Crick saivat ensimmäisenä idean mRNA:sta 15. huhtikuuta 1960 King’s Collegessa, Cambridgessa, kun François Jacob kertoi heille kokeesta, jonka tekivät Arthur Pardee, hän itse ja Jacques Monod [1].

Crickin rohkaisemana Brenner ja Jacob ryhtyivät testaamaan uutta hypoteesia, ja he ottivat yhteyttä Matthew Meselsoniin Kalifornian teknologiainstituutissa [1]. Kesällä 1960 Brenner, Jacob ja Meselson suorittivat kokeen Meselsonin laboratoriossa Caltechissa. Tämä vahvisti mRNA:n olemassaolon [1].

Samana syksynä Jacob ja Monod loivat nimen ”lähetti-RNA” ja kehittivät ensimmäisen teoreettisen kehyksen selittämään sen toimintaa [1]. Helmikuussa 1961 James Watson kertoi, että hänen tutkimusryhmänsä teki samanlaisia tutkimuksia; Brenner ja muut suostuivat Watsonin pyyntöön lykätä tutkimustulosten julkaisemista [1]. Tämän seurauksena Brennerin ja Watsonin artikkelit julkaistiin samanaikaisesti samassa Nature-lehden numerossa toukokuussa 1961, kun taas samassa kuussa Jacob ja Monod julkaisivat teoreettisen viitekehyksensä mRNA:lle Journal of Molecular Biology -lehdessä [1].

Synteesi, prosessointi ja toiminta

Noin 40 vuotta sitten tutkijat havaitsivat, että he pystyivät jäljittelemään luonnollista transkriptiota ja tuottamaan synteettistä mRNA:ta ilman solua. Prosessi, joka tunnetaan nimellä in vitro -transkriptio, voi tuottaa mRNA-molekyylejä koeputkessa olevasta DNA-juosteesta.

Tämä edellyttää RNA-polymeraasi-entsyymiä ja nukleotideja (molekyylejä, jotka ovat DNA:n ja RNA:n rakennuspalikoita. Kun polymeraasi ja nukleotidit sekoitetaan, polymeraasi-entsyymi lukee DNA-juosteen ja muuntaa koodin mRNA-juosteeksi yhdistämällä eri nukleotidit yhteen oikeassa järjestyksessä.

Kun in vitro -transkriptoitu mRNA viedään soluun, solun proteiinintuotantokoneisto ”lukee” sen samalla tavalla kuin luonnollisen mRNA:n. Menetelmää voidaan käyttää synteettisen mRNA:n tuottamiseen, joka koodaa mitä tahansa kiinnostavaa proteiinia.

Rokotteiden mRNA koodaa osaa virusproteiinista, joka tunnetaan antigeeninä. Kun antigeeni on käännetty, se aktivoi immuunivasteen, joka auttaa antamaan suojan virukselta.

mRNA on hyvin lyhytikäinen, eikä se pysty muuttamaan solun DNA:ta. Siten se on turvallinen menetelmä.

Synteettinen mRNA on turvallista rokotteissa ja syöpähoidoissa. In vitro -transkription etu on, että se ei vaadi soluja tuottamaan mRNA:ta. Tällä on valmistusetuja muihin rokoteteknologioihin verrattuna – esimerkiksi nopeus ja pienemmät biologiset turvallisuusriskit.

Kesti vain 25 päivää valmistaa erä Modernan lipidinanohiukkas-mRNA-rokotetta kliinisiin kokeisiin.Siitä tuli maaliskuussa 2020 ensimmäinen COVID-19-rokote, joka eteni kliinisiin ihmiskokeisiin.

Koska in vitro -transkriptio on soluton, synteettisten mRNA-molekyylien valmistusmenetelmä on joustava. Uusia rokotteita tai hoitoja voidaan suunnitella olemassaolevien menetelmien pohjalta. DNA-koodin korvaamalla tutkimuslaitokset voivat helposti siirtyä yhden mRNA-rokotteen valmistamisesta toiseen. Tämä voi osoittautua elintärkeäksi nopeille rokotevasteille tulevissa epidemioissa ja pandemioissa.

mRNA-molekyylin lyhyt olemassaoloaika alkaa transkriptiosta ja päättyy lopulta hajoamiseen. mRNA-molekyyliä voidaan käsitellä, muokata ja kuljettaa ennen translaatiota. Eukaryoottiset mRNA-molekyylit vaativat usein laajaa käsittelyä ja kuljetusta, kun taas prokaryoottiset mRNA-molekyylit eivät. Eukaryoottisen mRNA:n molekyyliä ja sitä ympäröiviä proteiineja kutsutaan yhdessä lähetti-RNP:ksi.

mRNA rokotteissa

Lähetti-RNA:n tunnetuin tehtävä on geneettisen tiedon välittäminen DNA:sta proteiinien aminohappojärjestykseksi. Proteiinin valmistusohjeet siirtyvät lähetti-RNA:n muodossa proteiinitehtaisiin, ribosomeihin, joiden keskeisiä rakenneosia ovat ribosomaalisen RNA:n alayksiköt. Aminohappojen toimittajina ovat pienet siirtäjä-RNA-molekyylit.

Käytössä olevat mRNA-rokotteet ovat hyötyneet vuosien tutkimuksesta, suunnittelusta ja optimoinnista. Tieto siitä, kuinka synteettinen RNA tunnistetaan soluissa, on osoittautunut välttämättömäksi tehokkaiden rokotteiden kehittämisessä.

Tyypillisesti mRNA koodaa tunnettua virusantigeeniä. COVID-19-mRNA-rokotteiden tapauksessa on käytetty SARS-CoV-2-piikkiproteiinia tai reseptoriin sitoutuvaa domeenia koodaavia sekvenssejä.

Nämä antigeeniä koodaavat mRNA-molekyylit liitetään hyvin pieniin partikkeleihin, jotka koostuvat pääasiassa lipideistä (rasvoista). Lipidipartikkelilla on kaksi päätehtävää: se suojaa mRNA:ta hajoamiselta ja auttaa kuljettamaan rokotteen soluun.

Solun sytoplasmassa rokotteen sisältämä mRNA transloituu antigeeniksi, joka käynnistää immuunivasteen. Tämä prosessi aktivoi immuunijärjestelmän kehittämään menetelmiä antigeenin neutraloimiseksi. Immuunijärjestelmän primaarivaste kestää yleensä muutaman viikon, ennen kuin hankinnainen (adaptiivinen) immuunijärjestelmä kypsyy ja synkronoituu uhkaan tuottaen toimivan immuunivasteen.

mRNA-rokotteiden on osoitettu stimuloivan adaptiivisen immuunivajärjestelmän molempia käsivarsia: B-solujen tuottama vasta-ainevälitteinen ja T-solujen tuottama soluvälitteinen immuniteetti ovat tärkeitä tehokkaan immuunivasteen muodostamisen kannalta. Humoraalinen eli vasta-ainevälitteinen immuniteetti tuottaa antigeenille herkistyneitä immunoglobuliineja ja soluvälitteinen immuniteetti havaitsee ja tuhoaa infektoituneita soluja.

B-solujen tuottamat immunoglobuliinit jaetaan viiteen ryhmään: IgA, IgD, IgE, IgG ja IgM ja ne voivat tuottaa arviolta 1012 erilaista antigeeniin kiinnittyvää reseptoria. Käytännössä B-solut voivat tuottaa rajattomasti erilaisia vasta-aineita.

Y:n muotoiset immunoglobuliinit sitoutuvat antigeeniin, eli piikkiproteiiniin. SARS-CoV-2 tarvitsee piikkiproteiinin telakoituakseen isäntäorganismin kohdesolun ACE2-reseptoriin, joten vasta-aineet estävät tehokkaasti viruksen kyvyn infektoida soluja. Tämä on tärkeää infektion hillinnän kannalta. Virukset voivat lisääntyä vain kaappaamissaan soluissa, joten vasta-aineet estävät tehokkaasti viruksen lisääntymisen. Vasta-aineet toimivat myös tunnisteina immuunijärjestelmän syöjäsoluille, eli fagosyyteille, kuten makrofageille, jotka syövät immunoglobuliinien merkitsemät virukset.

Käytössä olevat mRNA COVID-19 -rokoteohjelmat käyttävät kahden annoksen (prime-boost) -lähestymistapaa, jonka tavoitteena on vahvistaa adaptiivista immuunivastetta SARS-CoV-2-virusta vastaan. B-solujen ja niiden tuottamien immunoglobuliinien määrä vähenee muutamissa kuukausissa. Tämä heikentää akuuttia humoraalista immuunivastetta: immuunijärjestelmä siirtyy akuutista vasta-ainevälitteisestä ”hälytystilasta” immunologisen muistin ylläpitämään ”valmiustilaan”.

Immunologisen muistin aktivoima immuunivaste tuottaa uusia B- ja T-soluja, mutta tämän immuunivasteen kehittyminen vie pari päivää. Immunologiseen muistiin perustuva immuniteetti ei ole yhtä nopea kuin rokotusten tai sairastetun infektion tuottama akuutti vasta-ainevälitteinen immuniteetti. Tämän vuoksi monissa maissa on jo otettu käyttöön 3. rokoteannos, joka vahvistaa vasta-ainevälitteistä immuunipuolustusta.

mRNA-rokotetyyppi, jota kutsutaan itsevahvistuvaksi RNA:ksi (self-amplifying), saattaa edellyttää vain yhden rokoteannoksen saman suojatason saavuttamiseksi kuin nyt käytettävien rokotteiden 2-3 annosta. Solussa nämä itsestään monistuvat RNA-rokotteet voivat kopioida mRNA-koodin.

Tämä tarkoittaa, että pienemmällä mRNA:lla voidaan tuottaa enemmän antigeeniä. Useat tällä hetkellä kliinisissä tutkimuksissa olevissa COVID-19-RNA-rokotteissa tutkivat itseään vahvistavia RNA-tekniikoita.

mRNA ja itseään monistava RNA osoittavat potentiaalia monien tartuntatautien, kuten influenssan, hengitysteiden synsyyttiviruksen, rabieksen, ebolan, malarian ja HIV-1:n rokotemekanismina. Yhdessä terapeuttisten sovellusten kanssa, etenkin syöpien hoidon immunoterapiana, mRNA-teknologiat paranevat ja laajenevat edelleen, ja ne ovat olennainen osa uuden sukupolven lääkkeitä.

Aitotumaisten pre-mRNA-molekyylin prosessointi

mRNA:n prosessointi vaihtelee suuresti aitotumaisten (eykaryoottien), bakteerien ja arkkien välillä. Ei-eukaryoottinen mRNA on pohjimmiltaan kypsä transkription jälkeen eikä vaadi käsittelyä, paitsi harvoissa tapauksissa [2]. Eukaryoottinen pre-mRNA vaatii kuitenkin useita prosessointivaiheita ennen sen kuljettamista sytoplasmaan ja sen translaatiota ribosomin toimesta.

Aitotumaisten soluissa transkriptiossa syntyy lähetti-RNA:n esiastetta pre-mRNA:ta, jota muokataan kolmella tavalla ennen kuin se pääsee kulkemaan tumasta solulimaan. Ensimmäisenä pre-mRNA:n 5′-päähän liitetään GTP, johon on liittynyt metyyliryhmä. Toiseksi pre-mRNA:n 3′-päähän liitetään Poly(A)-häntä, joka koostuu pelkästään adenosiinimonofosfaateista eli adeniinin sisältävistä RNA-nukleotideista. Päiden muokkaus suojaa lähetti-RNA:ta sitä pilkkovilta entsyymeiltä ja auttaa solua tunnistamaan lähetti-RNA:n. Lopuksi intronit poistetaan silmukoinnilla ennen lähetti-RNA:n poistumista tumasta.

Esitumallisten soluissa ei ole tumaa eikä niiden DNA:ssa ole introneita, joten solulimaan syntyvää lähetti-RNA:ta ei tarvitse muokata, vaan sitä voidaan käyttää translaatiossa sellaisenaan. Lisäksi esitumallisten soluissa transkriptio ja translaatio voivat tapahtua samanaikaisesti.

Ei-koodaavat alueet eli UTR:t (engl. Un-translated regions) ovat lähetti-RNA:ssa ennen aloituskodonia ja lopetuskodonin jälkeen esiintyviä sekvenssejä, jotka eivät translaatiossa koodaa mitään proteiinia.

Alueita kutsutaan myös 5′-UTR:ksi ja 3′-UTR:ksi. Ne kopioidaan transkriptiossa samaan tapaan kuin koodaavat alueetkin ja ne kuuluvat eksoneihin, minkä takia niitä ei poisteta pre-mRNA:ta muokattaessa. Ei-koodaavilla alueilla voidaan katsoa olevan useita rooleja geenien ilmentymisessä, esimerkiksi lähetti-RNA:n vakautus, paikallistaminen ja translaation tehostaminen. Ei-koodaavan alueen kyky toimia riippuu kuitenkin sekvenssistä ja voi vaihdella eri lähetti-RNA:issa.

Ei-koodaavat alueet voivat huolehtia translaation tehokkuudesta tai joissain tapauksissa kokonaan estää sen. Ei-koodaaviin alueisiin sitoutuvat proteiinit vaikuttavat ehkä translaatioon vaikuttamalla ribosomin kykyyn sitoutua lähetti-RNA:han. 3′-UTR:iin sitoutuva mikroRNA saattaa myös vaikuttaa translaation tehokkuuteen tai lähetti-RNA:n vakauteen.

3′-UTR vastaa todennäköisesti lähetti-RNA:n sijainnista solulimassa. Jos tietyllä solun alueella tarvitaan proteiinia, sitä voidaan tuottaa kyseisellä alueella. Tällaisia tapauksia varten 3′-UTR:ssä voi olla sekvenssejä, jotka sallivat lähetti-RNA:n siirtyä tällaiselle alueelle translaatiota varten.

Jotkin ei-koodaavilla alueilla olevat elementit muodostavat sekundäärirakenteen, kun geeni kopioidaan transkriptiossa RNA:ksi. Niillä on myös osansa lähetti-RNA:n säätelyssä. Jotkin niistä ovat proteiinien sitoutumispaikkoja. Ribokytkimiin voi sitoutua pieniä molekyylejä, jolloin lähetti-RNA:n koodaaman proteiinin tuotannossa tapahtuu muutos. Tällaisissa tapauksissa lähetti-RNA säätelee itse itseään.

Poly(A)-häntä on pre-mRNA:n 3′-päähän lisättävä, usein satoja adeniininukleotideja sisältävä sekvenssi. Häntä estää lähetti-RNA:ta hajoamasta.

Lähetti-RNA:ta, jossa on vain yhden proteiinin translaatioon tarvittava ohje, kutsutaan monokistriseksi. Useimpien aitotumaisten solujen lähetti-RNA on monokistrista.Sitä vastoin esitumallisten solujen lähetti-RNA on polykistrista, eli siinä on useita avoimia lukukehyksiä eli proteiinin translaatioon tarvittavia ohjeita.

Yleensä polykistrisen lähetti-RNA:n koodaamilla proteiineilla on jokin yhteinen ominaisuus – ne voivat esimerkiksi muodostaa yhdessä proteiinikompleksin – ja niitä koodaavia sekvenssejä säädellään yhteisellä säätelyalueella, jossa on promoottori ja operaattori. Myös bakteerien ja arkkien lähetti-RNA ja ihmisen mitokondriaalinen lähetti-RNA on suurimmaksi osaksi polykistristä. Di- tai bikistriseksi kutsutaan lähetti-RNA:ta, joka koodaa kahta proteiinia.

Aitotumaisten soluissa lähetti-RNA-molekyylit muodostavat pyöreitä rakenteita eIF4E-proteiinin ja poly(A):n sitojaproteiinin välisten vuorovaikutuksien takia. Molemmat proteiinit sitoutuvat eIF4G-proteiiniin ja muodostavat siten mRNA-proteiini-mRNA-sillan. Rengastumisen uskotaan tukevan ribosomien kiertoa ja tehostavan translaatiota, ja ehkä myös toimivan varmistimena sille, että vain ehjät lähetti-RNA-molekyylit osallistuvat translaatioon.[8] Ehjissä lähetti-RNA-molekyyleissä on poly(A)-häntä ja 5′-cap.

Silmukointi

RNA-silmukointi on eukaryoottisen pre-mRNA:n prosessi, jonka seurauksena on kypsä mRNA. Silmukoinnissa (splicing) intronit tai outronit (ei-koodaavat alueet) poistetaan ja eksonit (koodaavat alueet) liitetään yhteen.

Silmukointi on geenin transkription (DNA:sta esi-mRNA:ksi) ja translaation (mRNA:sta proteiiniksi) välissä tapahtuva prosessi. Silmukoinnissa geenistä poistetaan transkriptoidussa esi-mRNA:ssa olevat jaksot, jotka eivät vaikuta proteiinin sekvenssiin (intronit), jolloin jäljelle jäävät vain geenin koodaavat osat eli eksonit.

Eksoneiden, joiden sekvenssi määrää proteiinien rakenteen, välissä on introneita, jotka poistetaan ennen proteiinisynteesiä. Proteiinisynteesi alkaa kuitenkin koko geenin – eksoneiden ja introneiden – transkriptiolla esi-mRNA:ksi.

Esi-mRNA:sta poistetaan tumassa intronit, jolloin syntyy valmiita mRNA-juosteita (lähetti-RNA:ta), jotka siirretään tumasta solulimaan proteiinisynteesiä varten.

Silmukointikohdan tunnistus perustuu introneiden päissä oleviin konservoituneisiin jaksoihin. RNA:n 5′-päässä ovat nukleotidit GU ja 3′-päässä AG. Silmukointireaktiossa esi-mRNA katkeaa ensin intronin 5′-päästä, kun intronissa oleva adeniinin -OH-ryhmä hyökkää intronin 5′-pään fosforisidokseen. Molekyyli muodostaa tällöin lasson (engl. lariat). Toisessa vaiheessa 5′-päässä ollut eksoni hyökkää 3′-pään eksonin fosfaattiryhmään.

Esi-mRNA:n silmukointi voi tapahtua vain yhdellä tavalla, mutta usein samasta geenistä voidaan silmukoinnin avulla luoda erilaisia mRNA-molekyylejä ja siten erilaisia proteiineja. Tämä mahdollistaa eliöiden kasvavan monimutkaisuuden ja nopeamman evoluution. Vaikka silmukoinnin lopputuotteet voivat olla erilaisia, eksonit ovat niissä aina samassa järjestyksessä kuin esi-mRNA:ssa.

Ehkä tärkein viimeaikainen havainto, joka korostaa lähetti-RNA-eli mRNA-molekyylien itsenäisiä tehtäviä, liittyy RNA-tuotannon välivaiheena esiintyvän esiaste-RNA:n muokkauksen keskeisimpään tapahtumaan, intronien poistoon eli silmukointiin.

Lukuisten proteiinien rakenne muuntuu kehityksen eri vaiheissa tai kudosspesifisesti vaihtoehtoisen silmukoinnin avulla, jolloin muodostuvan valkuaisaineen rakenne vaihtelee sen mukaan, minkä eksonin informaatio säilyy tai poistuu esiaste-RNA:sta (Beardsley 1991). Esimerkiksi transkriptiota säätelevien proteiinien esiaste-RNA:itten vaihtoehtoinen silmukointi vaikuttaa oleellisesti niiden biologiseen aktiivisuuteen ja sitä kautta moniin solun tapahtumiin (Chambon 1981). Itse vaihtoehtoisen silmukoinnin säätely tunnetaan huonosti.

5′ huppurakenteen (cap) lisäys

5′ cap

Esiaste-RNA:n muokkaaminen mRNA:ksi alkaa tumassa heti transkription jälkeen. Lähetti-RNA:n alkuun, 5–päähän, liittyy erityinen huppurakenne (cap) ja loppuun, 3–päähän, 100–200 adenyyliä sisältävä poly-A-häntä, jota tarvitaan sekä mRNA:n siirtoon että stabilointiin.

5′ cap (kutsutaan myös RNA capiksi, RNA 7-metyyliguanosiini cap tai RNA m7G cap) on modifioitu guaniininukleotidi, joka on lisätty aitotumallisen lähetti-RNA:n ”etu-” tai 5′-päähän pian transkription alkamisen jälkeen.

5′-huppurakenne koostuu terminaalisesta 7-metyyliguanosiinitähteestä, joka on liitetty 5′-5′-trifosfaattisidoksella ensimmäiseen transkriptoituun nukleotidiin. Sen läsnäolo on kriittinen ribosomin tunnistamiselle ja suojautumiselle RNaaseilta.

Huppurakenteen lisäys (capping) on kytketty transkriptioon ja tapahtuu kotranskriptionaalisesti siten, että kumpikin vaikuttaa toisiinsa. Pian transkription alkamisen jälkeen syntetisoitavan mRNA:n 5′-pää sitoutuu RNA-polymeraasiin liittyvään cap-syntetisoivaan kompleksiin. Tämä entsymaattinen kompleksi katalysoi kemiallisia reaktioita, joita tarvitaan mRNA:n sulkemiseen. Synteesi etenee monivaiheisena biokemiallisena reaktiona.

Editointi

Joissakin tapauksissa mRNA:ta muokataan, mikä muuttaa kyseisen mRNA:n nukleotidikoostumusta. Esimerkki: on apolipoproteiini B:n mRNA, jota muokataan joissakin kudoksissa, mutta ei toisissa. Muokkaus luo varhaisen lopetuskodonin, joka translaation jälkeen tuottaa lyhyemmän proteiinin.

Polyadenylaatio

Polyadenylation

Polyadenylaatio on polyadenylyyliosan kovalenttinen kytkeminen lähetti-RNA-molekyyliin. Aitotumallisissa organismeissa useimmat lähetti-RNA (mRNA) -molekyylit ovat polyadenyloituneita 3′-päästä, mutta viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että lyhyet uridiinijaksot (oligouridylaatio) ovat myös yleisiä[3].

Poly(A)-häntä ja siihen sitoutunut proteiini auttavat suojaamaan mRNA:ta eksonukleaasien aiheuttamalta hajoamiselta.

Polyadenylaatio on tärkeä myös transkription lopettamiselle, mRNA:n viennille tumasta solulimaan ja translaatiolle. mRNA voidaan myös polyadenyloida prokaryoottisissa organismeissa, joissa poly(A)-hännät helpottavat, mutta eivät estä eksonukleolyyttistä hajoamista.

Polyadenylaatio tapahtuu transkription aikana ja/tai välittömästi sen jälkeen. Kun transkriptio on lopetettu, mRNA-ketju katkaistaan RNA-polymeraasiin liittyvän endonukleaasikompleksin vaikutuksesta. Kun mRNA on pilkottu, noin 250 adenosiinitähdettä lisätään vapaaseen 3′-päähän katkaisukohtaan. Tätä reaktiota katalysoi polyadenylaattipolymeraasi.

Aivan kuten vaihtoehtoisessa silmukointissa, mRNA:ssa voi olla useampi kuin yksi polyadenylaatiovariantti. Myös polyadenylaatiokohdan mutaatioita esiintyy. Geenin primaarinen RNA-transkripti katkaistaan poly-A-lisäyskohdasta ja RNA:n 3′-päähän lisätään 100–200 A:ta. Jos tätä kohtaa muutetaan, muodostuu epänormaalin pitkä ja epästabiili mRNA-konstrukti.

Kuljettaminen

Toinen ero eukaryoottien ja prokaryoottien välillä on mRNA:n kuljetus. Koska eukaryoottinen transkriptio ja translaatio ovat erillään toisistaan, eukaryoottisia mRNA:ita on kuljetettava tumasta sytoplasmaan. Prosessia voidaan säädellä erilaisilla signalointireiteillä [4].

Kypsät mRNA:t tunnistetaan niiden prosessoitujen modifikaatioiden perusteella ja viedään sitten tuman huokosten läpi sitoutumalla cap-sitoviin proteiineihin CBP20 ja CBP80 [5], sekä transkriptio/vientikompleksiin (TREX) [6][7].

Eukaryoottisoluilla on tunnistettu useita mRNA:n vientireittejä [8]. Tilallisesti monimutkaisissa soluissa jotkin mRNA:t kuljetetaan tiettyihin subsellulaarisiin kohteisiin. Kypsissä neuroneissa tietty mRNA kuljetetaan somasta dendriitteihin.

Yksi mRNA:n translaatiokohta on polyribosomeissa, jotka ovat selektiivisesti lokalisoituneet synapsien alle [9]. Arc/Arg3.1:n mRNA:n indusoi synaptinen aktiivisuus ja se lokalisoituu selektiivisesti aktiivisten synapsien lähelle NMDA-reseptorien tuottamien signaalien perusteella[10].

Myös muut mRNA:t siirtyvät dendriitteihin vasteena ulkoisille ärsykkeille, kuten β-aktiini-mRNA:lle [11]. Tumasta viedään aktiinin mRNA assosioituu ZBP1:een ja 40S-alayksikköön. Kompleksi sitoutuu motoriseen proteiiniin ja kuljetetaan kohdepaikkaan (neuriittijatke) solurunkoa pitkin. Lopulta Src fosforyloi ZBP1:n kääntämisen aloittamiseksi [12]. Kehittyvissä neuroneissa mRNA:t kuljetetaan myös kasvaviin aksoneihin ja erityisesti kasvukartioihin. Monet mRNA:t on merkitty niin sanotuilla ”postinumeroilla”, jotka kohdistavat niiden kuljetuksen tiettyyn paikkaan [13].

Translaatio

Translation (biology)

Koska prokaryoottista mRNA:ta ei tarvitse käsitellä tai kuljettaa, ribosomin suorittama translaatio voi alkaa välittömästi transkription päättymisen jälkeen.

Siksi voidaan sanoa, että prokaryoottinen translaatio on kytketty transkriptioon ja tapahtuu ko-transkriptionaalisesti. Eukaryoottinen mRNA, joka on prosessoitu ja kuljetettu sytoplasmaan (eli kypsä mRNA), voidaan sitten kääntää ribosomin toimesta.

Translaatio voi tapahtua ribosomeissa, jotka kelluvat vapaasti sytoplasmassa tai jotka signaalintunnistuspartikkeli ohjaa endoplasmiseen retikulumiin. Siksi, toisin kuin prokaryooteissa, eukaryoottinen translaatio ei ole suoraan kytketty transkriptioon. Joissakin yhteyksissä on jopa mahdollista, että alentuneisiin mRNA-tasoihin liittyy kohonneita proteiinitasoja, kuten on havaittu EEF1A1:n mRNA/proteiinitasoilla rintasyövässä [14].

Rakenne

Kypsän eukaryoottisen mRNA:n rakenne.

Täysin prosessoitu mRNA sisältää 5′ capin, 5′ UTR:n, koodaavan alueen, 3′ UTR:n ja poly(A) hännän.

Koodaavat alueet

Coding region

Koodaavat alueet koostuvat kodoneista, jotka ribosomi dekoodaa ja muuntaa proteiineiksi; eukaryooteissa yleensä yhdeksi ja prokaryooteiksi useiksi. Koodaavat alueet alkavat aloituskodonilla ja päättyvät lopetuskodoniin.

Yleensä aloituskodoni on AUG-tripletti ja lopetuskodoni on UAG (”keltainen”), UAA (”okra”) tai UGA (”opaali”). Koodaavia alueita yleensä stabiloivat sisäiset emäsparit, mikä estää hajoamisen [15][16]. Proteiinia koodaavien osien lisäksi osa koodaavista alueista voi toimia säätelysekvensseinä pre-mRNA:ssa eksonisena silmukoinnin tehostajina tai eksonisen silmukoinnin silmukoinninvaimentimina.

Ei-trnasloituvat UTR-alueet

5′ UTR and 3′ UTR

Transloimattomat alueet (UTR:t) ovat osia mRNA:sta ennen aloituskodonia ja lopetuskodonin jälkeisiä osia, joita ei transloida, ja niitä kutsutaan vastaavasti ”viisi prime transloimatonta aluetta” (5′ UTR) ja ”kolme prime ei-translatoitua aluetta” (3′ UTR).

Nämä alueet transkriptoidaan koodaavan alueen kanssa ja ovat siten eksonisia, koska ne ovat läsnä kypsässä mRNA:ssa. Geenin ilmentymisessä (geenin muuttamisessa proteiiniksi) useita tapahtuu transloimattomilla alueilla, mukaan lukien mRNA:n stabiilius, mRNA:n lokalisaatio ja translaatiotehokkuus.

UTR:n kyky suorittaa näitä toimintoja riippuu UTR:n sekvenssistä ja voi vaihdella mRNA:iden välillä. 3′ UTR:n geneettiset variantit on myös liitetty tautialttiuteen RNA-rakenteen ja proteiinien translaation muutoksen vuoksi [17]. mRNA:iden stabiilisuutta voidaan säädellä 5′-UTR:lla ja/tai 3′-UTR:lla, mikä johtuu vaihtelevasta affiniteetista RNA:ta hajottaville ribonukleaasi-entsyymeille ja apuproteiineille, jotka voivat edistää tai estää RNA:n hajoamista.

Translaatiotehokkuutta ja joskus täydellinen translaation esto, voidaan kontrolloida UTR:illä. Proteiinit, jotka sitoutuvat joko 3′- tai 5′-UTR:ään, voivat vaikuttaa translaatioon vaikuttamalla ribosomin kykyyn sitoutua mRNA:han. 3′ UTR:ään sitoutuneet mikroRNA:t voivat myös vaikuttaa translaatiotehokkuuteen tai mRNA:n stabiilisuuteen.

mRNA:n sytoplasmisen lokalisoinnin uskotaan olevan 3′-UTR:n funktio. Proteiinit, joita tarvitaan solun tietyllä alueella, voidaan myös kääntää siellä; sellaisessa tapauksessa 3′-UTR voi sisältää sekvenssejä, jotka sallivat transkriptin paikantamisen tälle alueelle translaatiota varten. Jotkut transloimattomien alueiden sisältämistä elementeistä muodostavat tunnusomaisen sekundaarirakenteen, kun ne transkriptoidaan RNA:ksi. Nämä rakenteelliset mRNA-elementit osallistuvat mRNA:n säätelyyn. Jotkut, kuten SECIS-elementti, ovat proteiinien sitoutumisen kohteita. Yksi mRNA-elementtiluokka, riboswitches, sitoo suoraan pieniä molekyylejä, muuttaen niiden laskostusta transkription tai translaation tasojen muuttamiseksi. Näissä tapauksissa mRNA säätelee itseään.

Poly(A) häntä

Polyadenylation

3′-poly(A)-häntä on pitkä sekvenssi adeniininukleotideja (usein useita satoja), jotka on lisätty pre-mRNA:n 3′-päähän. Tämä häntä edistää vientiä tumasta ja translaatiota sekä suojaa mRNA:ta hajoamiselta.

Monokistroninen ja polykistroninen mRNA

Cistron

mRNA-molekyylin sanotaan olevan monokistroninen, kun se sisältää geneettisen tiedon vain yhden proteiiniketjun (polypeptidin) kääntämiseksi. Tämä koskee useimpia eukaryoottisia mRNA:ita [18][19]. Toisaalta polykistronisessa mRNA:ssa on useita avoimia lukukehyksiä (ORF), joista jokainen transloituu polypeptidiksi. Näillä polypeptideillä on yleensä läheinen toiminto (ne ovat usein alayksiköitä, jotka muodostavat lopullisen kompleksisen proteiinin) ja niiden koodaussekvenssi on ryhmitelty ja säädelty yhdessä säätelyalueella, joka sisältää promoottorin ja operaattorin. Suurin osa bakteereista ja arkeista löytyvästä mRNA:sta on monikistronista [18], kuten myös ihmisen mitokondriogenomi [20]. Dikistroninen tai bikistroninen mRNA koodaa vain kahta proteiinia.

mRNA:n sirkularisaatio (”ympyröiminen”)

Eukaryooteissa mRNA-molekyylit muodostavat pyöreitä rakenteita johtuen vuorovaikutuksesta eIF4E:n ja poly(A)-sitoutuvan proteiinin välillä, jotka molemmat sitoutuvat eIF4G:hen muodostaen mRNA-proteiini-mRNA-sillan [21]. Sirkularisaation (circularization) uskotaan edistävän ribosomien kiertokulkua mRNA:ssa, mikä johtaa aikatehokkaaseen translaatioon, ja se voi myös toimia varmistaen, että vain ehjä mRNA transloituu (osittain hajotulla mRNA:lla ei ole tyypillisesti m7G-huppua tai poly-A häntää) [22].

Muitakin sirkularisaatiomekanismeja on olemassa, erityisesti virusten mRNA:ssa. Polioviruksen mRNA käyttää apilanlehtiosaa 5′-päätään kohti PCBP2:n sitomiseen, joka sitoo poly(A)-sitovaa proteiinia muodostaen tutun mRNA-proteiini-mRNA-kehän. Ohran keltainen kääpiövirus sitoutuu mRNA-segmenttien väliin sen 5′- ja 3′-päässä (kutsutaan kissing stem-silmukoiksi), mikä kiertää mRNA:ta ilman minkäänlaisia proteiineja.

RNA-virusgenomit (joiden +-säikeet käännetään mRNA:ksi) ovat myös yleisesti ympyrämuotoisia. Genomin replikaation aikana sirkularisaatio tehostaa genomin replikaationopeuksia, ja oletetaan, että viruksen RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi kiertää samalla tavalla kuin ribosomi.

mRNA:n hajoaminen

Saman solun eri mRNA:illa on erilainen elinkaari (stabiilisuus). Bakteerisoluissa yksittäiset mRNA:t voivat selviytyä sekunneista yli tuntiin. Niiden elinkaari on kuitenkin keskimäärin 1-3 minuuttia, mikä tekee bakteeri-mRNA:sta paljon epästabiilimman kuin eukaryoottinen mRNA[23].

Nisäkässoluissa mRNA:n elinkaari vaihtelee useista minuuteista päiviin [24]. Mitä suurempi mRNA:n stabiilius on, sitä enemmän proteiinia voidaan tuottaa mRNA:sta.

mRNA:n rajoitettu elinikä mahdollistaa solun muuttamaan proteiinisynteesiä nopeasti vastauksena muuttuviin tarpeisiinsa. On monia mekanismeja, jotka johtavat mRNA:n hajoamiseen.

Prokaryoottien mRNA: hajoaminen

Yleensä prokaryooteissa mRNA:n elinikä on paljon lyhyempi kuin eukaryooteissa. Prokaryootit hajottavat viestejä käyttämällä ribonukleaasien yhdistelmää, mukaan lukien endonukleaasit, 3′-eksonukleaasit ja 5′-eksonukleaasit.

Joissakin tapauksissa pienet RNA-molekyylit (sRNA), joiden pituus on kymmeniä – satoja nukleotideja, voivat stimuloida spesifisten mRNA:iden hajoamista muodostamalla emäsparin komplementaaristen sekvenssien kanssa ja helpottamalla ribonukleaasin pilkkoutumista RNaasi III:lla.

Äskettäin osoitettiin, että bakteereilla on myös eräänlainen 5′-huppu, joka koostuu trifosfaatista 5′-päässä [25]. Kahden fosfaatin poistaminen jättää 5′-monofosfaatin, mikä aiheuttaa mRNA:n hajoamiseen eksonukleaasi RNaasi J:n toimesta, joka hajoaa 5′:sta 3′:ksi.

Aitotumallisten mRNA-vaihtuvuus

Eukaryoottisoluissa vallitsee tasapaino translaatio- ja mRNA-hajoamisprosessien välillä. Aktiivisesti transloituvat viestit sitovat ribosomit, eukaryoottiset aloitustekijät eIF-4E ja eIF-4G sekä poly(A)-sitoutuva proteiini. eIF-4E ja eIF-4G estävät decapping-entsyymin (DCP2) ja poly(A)-sitoutuva proteiini estää eksosomikompleksin ja suojaa viestin päitä.

Translaation ja hajoamisen välinen tasapaino heijastuu P-kappaleina tunnettujen sytoplasmisten rakenteiden koossa ja runsaudessa [26]. mRNA:n poly(A) häntää lyhentävät erikoistuneet eksonukleaasit, jotka kohdistetaan tiettyihin lähetti-RNA:ihin cis-yhdistelmällä. – RNA:n säätelysekvenssit ja trans-vaikuttavat RNA:ta sitovat proteiinit. Poly(A) hännän poistamisen uskotaan häiritsevän viestin pyöreää rakennetta ja horjuttavan hupun sitomiskompleksia.

mRNA on sitten alttiina joko eksosomikompleksin tai hupunpoistokompleksin vaikutukselle. Tällä tavalla translaation kannalta epäaktiiviset mRNA:t voidaan tuhota nopeasti, kun taas aktiiviset mRNA:t pysyvät ennallaan. Mekanismia, jolla translaatio pysähtyy ja mRNA välitetään hajoamiskomplekseille, ei ymmärretä yksityiskohtaisesti.

AU-rikkaiden elementtien hajoaminen

AU:ta sisältävien elementtien läsnäolo joissakin nisäkkään mRNA:issa pyrkii epävakauttamaan näitä transkriptejä soluproteiinien vaikutuksesta, jotka sitovat näitä sekvenssejä ja stimuloivat poly(A) hännän poistoa.

Poly(A)-hännän häviämisen uskotaan edistävän mRNA:n hajoamista helpottamalla sekä eksosomikompleksin [27] että huppua poistavan (decapping) kompleksin hyökkäystä [28].

Nopea mRNA:n hajoaminen AU-rikkaiden elementtien kautta on kriittinen mekanismi voimakkaiden sytokiinien, kuten tuumorinekroositekijän (TNF) ja granulosyytti-makrofaagipesäkkeitä stimuloivan tekijän (GM-CSF) ylituotannon estämisessä [29].

AU-rikkaat elementit säätelevät myös protoonkogeenisten transkriptiotekijöiden, kuten c-Junin ja c-Fosin, biosynteesiä [30].

Nonsense-välitteinen rappeutuminen

Nonsense-mediated decay

Eukaryoottiset mRNA:t ovat nonsense-välitteisen rappeutumisen (NMD) -valvonnan alaisia. Se tarkistaa ennenaikaisten lopetuskodonien (nonsense-kodonien) läsnäolon mRNA:ssa. Nämä voivat johtua epätäydellisestä silmukoitumisesta, V(D)J-rekombinaatiosta adaptiivisessa immuunijärjestelmässä, mutaatioista DNA:ssa, transkriptiovirheistä, ribosomin vuotavasta skannauksesta, joka aiheuttaa kehyssiirtymän, ja muista syistä.

Ennenaikaisen lopetuskodonin havaitseminen laukaisee mRNA:n hajoamisen 5′-pään poistamisella, 3′-poly(A)-häntäpoistolla tai endonukleolyyttisellä katkaisulla [31].

Pienet häiritsevät RNA:t (siRNA)

siRNA

Monisoluisten pienet häiritsevät RNA:t (siRNA:t) liitetään kompleksiin, joka tunnetaan nimellä RNA-indusoitu vaimennuskompleksi tai RISC. Tämä kompleksi sisältää endonukleaasin, joka pilkkoo täydellisesti komplementaarisia mRNA-molekyylejä, joihin siRNA sitoutuu. Tuloksena saadut mRNA-fragmentit tuhoavat sitten eksonukleaasit. siRNA:ta käytetään yleisesti laboratorioissa estämään geenien toimintaa soluviljelmässä. Sen uskotaan olevan osa luontaista immuunijärjestelmää suojana kaksijuosteisia RNA-viruksia vastaan [32].

MikroRNA (miRNA)

microRNA

MikroRNA:t (miRNA:t) ovat pieniä RNA:ita, jotka tyypillisesti ovat osittain komplementaarisia monisoluisten lähetti-RNA:iden sekvensseille [33][34]. MiRNA:n sitoutuminen mRNA-molekyyliin voi tukahduttaa tämän mRNA:n translaation ja nopeuttaa poly(A) hännän poistoa, mikä nopeuttaa mRNA:n hajoamista. MiRNA:iden vaikutusmekanismi on aktiivisen tutkimuksen kohteena [35][36].

Muut rappeutumismekanismit

On olemassa muitakin tapoja, joilla mRNA-molekyylit voidaan hajottaa, mukaan lukien muun muassa non-stop hajoaminen ja hiljentäminen Piwin kanssa vuorovaikuttavan RNA:n (piRNA) avulla.

Sovellukset

RNA vaccine and RNA therapeutics

Nukleosidimodifioidun lähetti-RNA-sekvenssin antaminen voi saada solun valmistamaan proteiinia, joka puolestaan voisi suoraan hoitaa sairautta tai toimia rokotteena; epäsuoremmin proteiini voisi saada endogeenisen kantasolun erilaistumaan halutulla tavalla [37][38].

RNA-terapian ensisijaiset haasteet keskittyvät RNA:n toimittamiseen sopiviin soluihin [39]. Haasteisiin kuuluu se, että paljaat RNA-sekvenssit hajoavat luonnollisesti valmistuksen jälkeen; ne voivat laukaista kehon immuunijärjestelmän hyökkäämään niitä vastaan; ja ne eivät läpäise solukalvoa [38]. Kun ne ovat solun sisällä, niiden on poistuttava solun kuljetusmekanismista toimiakseen sytoplasmassa, jossa on tarvittavat ribosomit [37]. Käytössä olevissa koronarokotteissa kuljetus kohdesoluun ratkaistiin käyttämällä lipidipisaraa ja adenovirusvektoria (kuljetinta).

Näiden haasteiden voittamiseksi mRNA:ta terapeuttisena aineena esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1989 ”laajaisesti sovellettavan in vitro -transfektiotekniikan kehittämisen jälkeen”[40].

1990-luvulla kehitettiin eräitä syöpiä varten mRNA-rokotteita, jotka perustuvat ei-nukleosidimodifioituihin aineisiin. mRNA-pohjaisia hoitoja tutkitaan edelleen sekä syövän että autoimmuuni-, aineenvaihdunta- ja hengitystietulehdussairauksien hoitomenetelminä.

Geeniterapiat, kuten CRISPR, voivat myös hyötyä mRNA:n käytöstä indusoimaan soluja tuottamaan haluttua Cas-proteiinia [41]. Vuodesta 2010 lähtien RNA-rokotteita ja muita RNA-terapeuttisia aineita on kutsuttu ”seuraavan sukupolven lääkkeiksi”[42].

Ensimmäiset mRNA-pohjaiset rokotteet saivat rajoitetun luvan, ja Pfizer otti ne käyttöön kaikkialla maailmassa COVID-19-pandemian aikana. MRNA-teknologiaan perustuvat esimerkiksi nyt käytössä olevat BioNTech COVID-19 -rokote ja Moderna[43][44].

Viiteluettelo

  1. Cobb M (29 June 2015). ”Who discovered messenger RNA?”. Current Biology. 25 (13): R526–R532. doi:10.1016/j.cub.2015.05.032. PMID 26126273.
  2. Watson JD (February 22, 2013). Molecular Biology of the Gene, 7th edition. Pearson Higher Ed USA. ISBN 9780321851499.
  3. Choi YS, Patena W, Leavitt AD, McManus MT (March 2012). ”Widespread RNA 3′-end oligouridylation in mammals”. RNA (New York, N.Y.). 18 (3): 394–401. doi:10.1261/rna.029306.111. PMC 3285928. PMID 22291204.
  4. Quaresma AJ, Sievert R, Nickerson JA (April 2013). ”Regulation of mRNA export by the PI3 kinase/AKT signal transduction pathway”. Molecular Biology of the Cell. 24 (8): 1208–1221. doi:10.1091/mbc.E12-06-0450. PMC 3623641. PMID 23427269.
  5. Kierzkowski D, Kmieciak M, Piontek P, Wojtaszek P, Szweykowska-Kulinska Z, Jarmolowski A (September 2009). ”The Arabidopsis CBP20 targets the cap-binding complex to the nucleus, and is stabilized by CBP80”. The Plant Journal. 59 (5): 814–825. doi:10.1111/j.1365-313X.2009.03915.x. PMID 19453442.
  6. Strässer K, Masuda S, Mason P, Pfannstiel J, Oppizzi M, Rodriguez-Navarro S, Rondón AG, Aguilera A, Struhl K, Reed R, Hurt E (May 2002). ”TREX is a conserved complex coupling transcription with messenger RNA export”. Nature. 417 (6886): 304–308. Bibcode:2002Natur.417..304S. doi:10.1038/nature746. PMID 11979277. S2CID 1112194.
  7. Katahira J, Yoneda Y (27 October 2014). ”Roles of the TREX complex in nuclear export of mRNA”. RNA Biology. 6 (2): 149–152. doi:10.4161/rna.6.2.8046. PMID 19229134.
  8. Cenik C, Chua HN, Zhang H, Tarnawsky SP, Akef A, Derti A, Tasan M, Moore MJ, Palazzo AF, Roth FP (April 2011). ”Genome analysis reveals interplay between 5’UTR introns and nuclear mRNA export for secretory and mitochondrial genes”. PLOS Genetics. 7 (4): e1001366. doi:10.1371/journal.pgen.1001366. PMC 3077370. PMID 21533221.
  9. Steward O, Levy WB (March 1982). ”Preferential localization of polyribosomes under the base of dendritic spines in granule cells of the dentate gyrus”. The Journal of Neuroscience. 2 (3): 284–291. doi:10.1523/JNEUROSCI.02-03-00284.1982. PMC 6564334. PMID 7062109.
  10. Steward O, Worley PF (April 2001). ”Selective targeting of newly synthesized Arc mRNA to active synapses requires NMDA receptor activation”. Neuron. 30 (1): 227–240. doi:10.1016/s0896-6273(01)00275-6. PMID 11343657. S2CID 13395819.
  11. Job C, Eberwine J (December 2001). ”Localization and translation of mRNA in dendrites and axons”. Nature Reviews. Neuroscience. 2 (12): 889–898. doi:10.1038/35104069. PMID 11733796. S2CID 5275219.
  12. Hüttelmaier S, Zenklusen D, Lederer M, Dictenberg J, Lorenz M, Meng X, et al. (November 2005). ”Spatial regulation of beta-actin translation by Src-dependent phosphorylation of ZBP1”. Nature. 438 (7067): 512–5. doi:10.1038/nature04115. PMID 16306994. S2CID 2453397.
  13. Ainger K, Avossa D, Diana AS, Barry C, Barbarese E, Carson JH (September 1997). ”Transport and localization elements in myelin basic protein mRNA”. The Journal of Cell Biology. 138 (5): 1077–1087. doi:10.1083/jcb.138.5.1077. PMC 2136761. PMID 9281585.
  14. Lin CY, Beattie A, Baradaran B, Dray E, Duijf PH (September 2018). ”Contradictory mRNA and protein misexpression of EEF1A1 in ductal breast carcinoma due to cell cycle regulation and cellular stress”. Scientific Reports. 8 (1): 13904. Bibcode:2018NatSR…813904L. doi:10.1038/s41598-018-32272-x. PMC 6141510. PMID 30224719.
  15. Shabalina SA, Ogurtsov AY, Spiridonov NA (2006). ”A periodic pattern of mRNA secondary structure created by the genetic code”. Nucleic Acids Research. 34 (8): 2428–2437. doi:10.1093/nar/gkl287. PMC 1458515. PMID 16682450.
  16. Katz L, Burge CB (September 2003). ”Widespread selection for local RNA secondary structure in coding regions of bacterial genes”. Genome Research. 13 (9): 2042–2051. doi:10.1101/gr.1257503. PMC 403678. PMID 12952875.
  17. Lu YF, Mauger DM, Goldstein DB, Urban TJ, Weeks KM, Bradrick SS (November 2015). ”IFNL3 mRNA structure is remodeled by a functional non-coding polymorphism associated with hepatitis C virus clearance”. Scientific Reports. 5: 16037. Bibcode:2015NatSR…516037L. doi:10.1038/srep16037. PMC 4631997. PMID 26531896.
  18. Kozak M (March 1983). ”Comparison of initiation of protein synthesis in procaryotes, eucaryotes, and organelles”. Microbiological Reviews. 47 (1): 1–45. doi:10.1128/MMBR.47.1.1-45.1983. PMC 281560. PMID 6343825.
  19. Niehrs C, Pollet N (December 1999). ”Synexpression groups in eukaryotes”. Nature. 402 (6761): 483–487. Bibcode:1999Natur.402..483N. doi:10.1038/990025. PMID 10591207. S2CID 4349134.
  20. Mercer TR, Neph S, Dinger ME, Crawford J, Smith MA, Shearwood AM, Haugen E, Bracken CP, Rackham O, Stamatoyannopoulos JA, Filipovska A, Mattick JS (August 2011). ”The human mitochondrial transcriptome”. Cell. 146 (4): 645–658. doi:10.1016/j.cell.2011.06.051. PMC 3160626. PMID 21854988.
  21. Wells SE, Hillner PE, Vale RD, Sachs AB (July 1998). ”Circularization of mRNA by eukaryotic translation initiation factors”. Molecular Cell. 2 (1): 135–140. CiteSeerX 10.1.1.320.5704. doi:10.1016/S1097-2765(00)80122-7. PMID 9702200.
  22. López-Lastra M, Rivas A, Barría MI (2005). ”Protein synthesis in eukaryotes: the growing biological relevance of cap-independent translation initiation”. Biological Research. 38 (2–3): 121–146. doi:10.4067/S0716-97602005000200003. PMID 16238092.
  23. Lewin B, Krebs JE, Kilpatrick ST, Goldstein ES, eds. (2011). Lewin’s genes X (10th ed.). Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett. ISBN 9780763766320. OCLC 456641931.
  24. Yu J, Russell JE (September 2001). ”Structural and functional analysis of an mRNP complex that mediates the high stability of human beta-globin mRNA”. Molecular and Cellular Biology. 21 (17): 5879–5888. doi:10.1128/mcb.21.17.5879-5888.2001. PMC 87307. PMID 11486027.
  25. Deana A, Celesnik H, Belasco JG (January 2008). ”The bacterial enzyme RppH triggers messenger RNA degradation by 5′ pyrophosphate removal”. Nature. 451 (7176): 355–358. Bibcode:2008Natur.451..355D. doi:10.1038/nature06475. PMID 18202662. S2CID 4321451.
  26. Parker R, Sheth U (March 2007). ”P bodies and the control of mRNA translation and degradation”. Molecular Cell. 25 (5): 635–646. doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011. PMID 17349952.
  27. Chen CY, Gherzi R, Ong SE, Chan EL, Raijmakers R, Pruijn GJ, Stoecklin G, Moroni C, Mann M, Karin M (November 2001). ”AU binding proteins recruit the exosome to degrade ARE-containing mRNAs”. Cell. 107 (4): 451–464. doi:10.1016/S0092-8674(01)00578-5. PMID 11719186. S2CID 14817671.
  28. Fenger-Grøn M, Fillman C, Norrild B, Lykke-Andersen J (December 2005). ”Multiple processing body factors and the ARE binding protein TTP activate mRNA decapping” (PDF). Molecular Cell. 20 (6): 905–915. doi:10.1016/j.molcel.2005.10.031. PMID 16364915. Archived from the original (PDF) on 2011-06-06.
  29. Shaw G, Kamen R (August 1986). ”A conserved AU sequence from the 3′ untranslated region of GM-CSF mRNA mediates selective mRNA degradation”. Cell. 46 (5): 659–667. doi:10.1016/0092-8674(86)90341-7. PMID 3488815. S2CID 40332253.
  30. Chen CY, Shyu AB (November 1995). ”AU-rich elements: characterization and importance in mRNA degradation”. Trends in Biochemical Sciences. 20 (11): 465–470. doi:10.1016/S0968-0004(00)89102-1. PMID 8578590.
  31. Isken O, Maquat LE (August 2007). ”Quality control of eukaryotic mRNA: safeguarding cells from abnormal mRNA function”. Genes & Development. 21 (15): 1833–1856. doi:10.1101/gad.1566807. PMID 17671086.
  32. Obbard DJ, Gordon KH, Buck AH, Jiggins FM (January 2009). ”The evolution of RNAi as a defence against viruses and transposable elements”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 364 (1513): 99–115. doi:10.1098/rstb.2008.0168. PMC 2592633. PMID 18926973.
  33. Robert E. Farrell, Jr. RNA Methodologies, 5th Edition. Academic Press, 2017
  34. Brennecke J, Stark A, Russell RB, Cohen SM (March 2005). ”Principles of microRNA-target recognition”. PLOS Biology. 3 (3): e85. doi:10.1371/journal.pbio.0030085. PMC 1043860. PMID 15723116.
  35. Tasuku Honjo, Michael Reth, Andreas Radbruch, Frederick Alt. Molecular Biology of B Cells, 2nd Edition. Academic Press, 2014 (including ”updated research on microRNAs”)
  36. Eulalio A, Huntzinger E, Nishihara T, Rehwinkel J, Fauser M, Izaurralde E (January 2009). ”Deadenylation is a widespread effect of miRNA regulation”. RNA. 15 (1): 21–32. doi:10.1261/rna.1399509. PMC 2612776. PMID 19029310.
  37. Hajj KA, Whitehead KA (12 September 2017). ”Tools for translation: non-viral materials for therapeutic mRNA delivery”. Nature Reviews Materials. 2 (10): 17056. Bibcode:2017NatRM…217056H. doi:10.1038/natrevmats.2017.56.
  38. Gousseinov E, Kozlov M, Scanlan C (September 15, 2015). ”RNA-Based Therapeutics and Vaccines”. Genetic Engineering News.
  39. Kaczmarek JC, Kowalski PS, Anderson DG (June 2017). ”Advances in the delivery of RNA therapeutics: from concept to clinical reality”. Genome Medicine. 9 (1): 60. doi:10.1186/s13073-017-0450-0. PMC 5485616. PMID 28655327.
  40. Schlake T, Thess A, Fotin-Mleczek M, Kallen KJ (November 2012). ”Developing mRNA-vaccine technologies”. RNA Biology. 9 (11): 1319–30. doi:10.4161/rna.22269. PMC 3597572. PMID 23064118.
  41. Haridi R (2021-04-23). ”The mRNA revolution: How COVID-19 hit fast-forward on an experimental technology”. New Atlas. Retrieved 2021-04-26.
  42. Kowalska J, Wypijewska del Nogal A, Darzynkiewicz ZM, Buck J, Nicola C, Kuhn AN, Lukaszewicz M, Zuberek J, Strenkowska M, Ziemniak M, Maciejczyk M, Bojarska E, Rhoads RE, Darzynkiewicz E, Sahin U, Jemielity J (2014), ”mRNA-based therapeutics–developing a new class of drugs.”, Nature Reviews Drug Discovery, 13 (10), pp. 759–780, doi:10.1093/nar/gku757, PMC 4176373, PMID 25150148
  43. P. Polack, Fernando; Thomas, Stephen J.; Kitchin, Nicholas; Absalon, Judith; Gurtman, Alejandra; Lockhart, Stephen; Perez, John L.; Pérez Marc, Gonzalo; Moreira, Edson D.; Zerbini, Cristiano; Bailey, Ruth; Swanson, Kena A.; Roychoudhury, Satrajit; Koury, Kenneth; Li, Ping; Kalina, Warren V.; Cooper, David; Frenck, Robert W.; Hammitt, Laura L.; Türeci, Özlem; Nell, Haylene; Schaefer, Axel; Ünal, Serhat; Tresnan, Dina B.; Mather, Susan; Dormitzer, Philip R.; Şahin, Uğur; Jansen, Kathrin U.; Gruber, William C. (2020), ”Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine.”, New England Journal of Medicine (383): 2603–15, doi:10.1056/NEJMoa2034577
  44. Walsh, Edward E.; Frenck, Robert W.; Falsey, Ann R.; Kitchin, Nicholas; Absalon, Judith; Gurtman, Alejandra; Lockhart, Stephen; Neuzil, Kathleen; Mulligan, Mark J.; Bailey, Ruth; Swanson, Kena A.; Li, Ping; Koury, Kenneth; Kalina, Warren; Cooper, David; Fontes Garfias, Camila; Shi, Pei Yong; Türeci, Özlem; Tompkins, Kristin R.; Lyke, Kirsten E.; Raabe, Vanessa; Dormitzer, Philip R.; Jansen, Kathrin U.; Şahin, Uğur; Gruber, William C. (2020), ”Safety and Immunogenicity of Two RNA-Based Covid-19 Vaccine Candidates.”, New England Journal of Medicine (383): 2439–50, doi:10.1056/NEJMMoa2027906

    Aiheesta enemmän




Immuunijärjestelmä: luonnolliset tappajasolut

Luonnolliset tappajasolut voivat tuhota SARS-CoV-2-viruksen infektoimia soluja, mutta vakavaa COVID-19-infektiota sairastavilla NK-solujen antama immuunivaste toimii puutteellisesti.

Writkowski et.al havaitsi, että vaikeaa COVID-19-tautia sairastavien verenkierrossa on normaalia korkeampi pitoisuus anti-inflammatorisia molekyylejä, jotka vaikuttavat kasvutekijä-β1:een (TGF-β1). Tämä vaikutus liittyy NK-solujen heikentyneeseen antiviraaliseen immuunivasteeseen, mikä heikentää immuunijärjestelmän puolustusta SARS-CoV-2-virusta vastaan.

RNA-sekvensointianalyysissä NK-solut osoittivat erityispiirteitä COVID-19-potilailla terveisiin verrattuna. Proinflammatoriset sytokiinivälitteiset signalointireitit vahvistuivat merkittävästi. Epätavallinen CD56dimCD16neg NK-solupopulaatio laajeni COVID-19-potilaiden PBMC-soluissa taudin vakavuudesta riippumatta, ja siihen liittyi NK-solujen sytotoksisuuden heikkeneminen. NK-solupopulaatio kuitenkin normalisoitui nopeasti samalla kun epätavanomaiset CD56dimCD16neg NK-solut katosivat ja NK-solujen sytotoksisuus palautui potilailla, joilla oli lievä COVID-19, mutta NK-solujen sytotoksisuus palautui hitaasti potilailla, joilla oli vakava COVID-19.

Luonnollisten tappajasolujen sytotoksisuuden heikkeneminen altistaa vakavammalle COVID-19-infektiolle, mutta mitä nämä luonnolliset tappajasolut, eli NK-solut ovat?

Antibody-dependent Cellular Cytotoxicity

Johdanto

Luonnolliset tappajasolut (Natural Killer Cells) ovat T -ja B -solujen perheeseen kuuluvia yhteisestä kantasolusta kehittyviä lymfosyyttejä. Luontaisen immuunijärjestelmän soluina NK-solut luokitellaan ryhmän I synnynnäisiksi lymfosyyteiksi (ILC).

Luonnolliset tappajasolut reagoivat nopeasti patologisiin uhkiin. NK-solut tunnetaan erityisesti virustartunnan saaneiden solujen tuhoamisesta sekä syövän varhaisten merkkien havaitsemisesta ja kontrolloimisesta.

Erikoistuneita NK-soluja on myös istukassa ja niillä on tärkeä rooli hedelmöittymisessä ja raskauden aikana. NK-solut havaittiin niiden kyvystä tappaa pahanlaatuisia soluja ilman erillistä aktivointia. Sytotoksisista T-soluista poiketen NK-solut eivät tarvitse aktivointia antigeeniä esittäviltä soluilta.

NK-solut erittävät sytokiinejä: interferoni-gamma[IFNy] ja tuumorinekroositekijä-alfa[TNFa], jotka vaikuttavat immuunivastetta tehostaviin immuunisoluihin, kuten makrofageihin ja dendriittisoluihin.

NK-solut ovat jatkuvasti yhteydessä muihin soluihin. Luonnollisen tappajasolun immuunivasteen käynnistymiseen vaikuttaa aktivoivien ja estävien reseptorien signaalien tasapaino NK-solun pinnalla.

Aktivoivat reseptorit tunnistavat molekyylejä, jotka ilmentyvät pahanlaatuisten syöpäsolujen ja sairastuneiden solujen pinnalla käynnistäen NK -solun sytotoksisen immuunivasteen. Estävät (inhibitoivat) reseptorit toimivat NK -solujen varmistusmekanismina, joka estää NK-soluja tuhoamasta terveitä soluja.

Useimmat terveet solut ilmentävät pinnallaan MHC I-reseptoreita. Nämä toimivat tunnisteina, joiden avulla immuunijärjestelmä erottaa omat solut vieraista taudinaiheuttajista. NK -solun pinnalla olevat estävät reseptorit tunnistavat MHC I:n. Tämä ”sammuttaa” NK -solun immuunivasteen estäen terveen solun tappamisen.

Syöpäsolut ja viruksen infektoimat solut menettävät usein MHC I-reseptorit, jolloin ne altistuvat NK-solujen sytotoksiselle immuunivasteelle. Havaitessaan infektoituneen solun NK-solu vapauttaa perforiinia ja grantsyymejä sisältäviä sytotoksisia rakeita, mikä johtaa kohdesolun hajoamiseen.

MHC I:n ja NK-soluja estävien reseptorien geenit vaihtelevat ihmisten välillä. Näiden geenien alleelit assosioituvat mm. joidenkin autoimmuunisairauksien riskiin. NK-solut muuttuvat iän myötä, ja niihin vaikuttavat krooniset virusinfektiot, kuten sytomegalovirus (CMV). Koska

NK-solut kykenevät tappamaan kasvainsoluja, ne ovat syöpähotoihin kohdistuvan immuuniterapian kannalta kiinnostava tutkimuskohde. Jotkut terapeuttiset monoklonaaliset vasta -aineet perustuvat NK-solujen hyödyntämiseen. Tutkijat kehittävät myös hoitoja NK -solujen aktivoimiseksi käyttämällä sytokiinejä ja testaavat geneettisesti muunnettuja eläviä NK-soluja immuuniterapiana.

Luonnolliset tappajasolut ja immuunijärjestelmä

Luontaisen (innate) immuunijärjestelmän luonnollisia tappajasoluja ei tule sekoittaa hankinnaisen (adaptive) immuunijärjestelmn luonnollisiin tappaja T-soluihin (Natural killer T cell).

Luonnolliset tappajasolut, jotka tunnetaan myös nimellä NK-solut tai suuret granulaariset lymfosyytit (LGL) ovat synnynnäiseen/luontaiseen (innate) immuunijärjestelmään kuuluvia sytotoksisia (eli infektoituneita soluja tappavia) lymfosyyttejä. NK-solut kuuluvat kasvavaan synnynnäisten lymfoidisolujen (ILC) perheeseen, jotka muodostavat 5–20 prosenttia kaikista elimistön lymfosyyteistä [1].

NK-solujen rooli on verrannollinen hankinnaisen (adaptive) immuunivasteen sytotoksisten T-solujen roolin kanssa.

Luontaisen immuniteetin järjestelmät torjuvat nopeasti ja tehokkaasti mikrobeja ja muita elimistöön päässeitä tai kertyneitä vieraita aineksia tilanteissa, joissa antigeenejä spesifisesti tunnistavia vasta-aineita ja sytotoksisia T-soluja ei ole ehtinyt muodostua, sekä tilanteissa, joissa adaptiivinen immuniteetti tarvitsee tehostemekanismeja tunnistamiensa vieraiden rakenteiden siivoamiseen. NK-solut aktivoituvat nopeasti (noin kolmessa vuorokaudessa) viruksen tai jonkin muun patogeenin aiheuttamaan infektioon.

MHC (Major Histocompatibility Complex)

Tavallisesti immuunisolut havaitsevat MHC*-glykoproteiinien muutokset infektion saaneiden solujen pinnoilla. MHC-proteiineja kutsutaan usein myös HLA*-antigeeneiksi. MHC-molekyylejä on kahta tyyppiä: luokan I MHC- ja luokan II MHC-molekyylit.

Luokan I MHC-proteiineja ilmennetään lähes kaikissa selkärankaisen solutyypeissä. Ne esittelevät antigeenejä sytotoksisille T-soluille. Luokan II MHC-proteiineja ilmennetään pääasiassa soluissa, jotka ovat vuorovaikutuksessa auttaja-T-solujen (T helper-cell) kanssa, kuten dendriittisoluissa, makrofageissa ja B-lymfosyyteissä.

MHC-proteiineja esiintyy sairastuneiden solujen solupinnoilla, mikä laukaisee sytokiinien erittymisen. Tämä johtaa infektoidun solun lyyttiseen hajoamiseen (lysis) tai apoptoosiin (ohjattu solukuolema).

NK-soluja kutsutaan ”luonnollisiksi tappajiksi”, koska niiden immuunivaste ei edellytä erityistä aktivointia ja solun infektioon viittaava MHC I-markkeria [2]. Tämän vuoksi NK-solujen immuunireaktio on nopea. Muut immuunisolut, kuten T-solut, eivät havaitse ja tuhoa haitallisia soluja, joista puuttuu nämä MHC I -markkerit.

MHC-proteiinit toimivat immunologisessa puolustuksessa sitoen antigeeninä toimivan proteiinin pilkkoutumisen seurauksena syntyneitä peptidifragmentteja ja kuljettaen niitä antigeeniä esittelevän solun (dendriittisolu naiivien T-solujen tapauksessa) pinnalle, jossa ne esitellään yhdessä muiden stimulatoristen signaalien kanssa T-soluille.

Tämän seurauksena aktivoituneet efektori-T-solut tunnistavat saman peptidi-MHC-kompleksin kohdesolunsa pinnalla, mikä voi sytotoksisten T-solujen tapauksessa olla mikä tahansa infektoitunut elimistön solu, auttaja-T-solujen tapauksessa B-solu, sytotoksinen T-solu, infektoitunut makrofagi tai dendriittisolu itse.

* major histocompatibility complex
* human leucocyte-associated antigens

schematic diagram indicating the complementary activies of cytotoxic T cells and NK cells

NK-solut tehostavat synnynnäisen immuunijärjestelmän toimintaa

Luonnolliset tappajasolut kuuluvat synnynnäisten imusolujen ryhmään. Ne ovat yksi kolmesta solutyypistä, jotka ovat eriytyneet tavallisista imukudoksen kantasoluista. Ryhmän kaksi muuta imusolutyyppiä ovat B- ja T -solut. NK-solut erottaa muista lymfosyyteistä CD56:n ilmentyminen ja CD3:n puuttuminen (CD56+, CD3−) [3, 4].

NK -solut erilaistuvat ja kypsyvät luuytimessä, imusolmukkeissa, pernassa, risoissa ja kateenkorvassa [5]. Luonnolliset tappajasolut eroavat luonnollisista tappaja-T-soluista (NKT) fenotyypin, alkuperän ja efektoritoimintojen perusteella. Usein NKT-soluaktiivisuus edistää NK-solujen toimintaa erittämällä gamma-interferonia.

NK-solut eivät ilmennä T-soluantigeenireseptoreita (TCR), pan-T-merkkiaineita (CD3), tai pinta-immunoglobuliinien (Ig) B-solureseptoreita, mutta yleensä ne ilmentävät pintamarkkereita, kuten CD16 ja CD57. NKp46 -solun pintamarkkeri on NK -solumarkkeri, joka ilmentyy ihmisisen solujen lisäksi monien eläinten soluissa [6] [7].

Luonnolliset tappajasolut tehostavat luontaisen immunijärjestelmän toimintaa. Aktivoivilla ja inhiboivilla NK -solureseptoreilla on tärkeitä toiminnallisia tehtäviä immunologisen toleranssin (self tolerance) ja NK -solujen aktiivisuuden ylläpitämisessä.

NK-solut osallistuvat myös adaptiiviseen immuunivasteeseen [8]. Kokeet ovat osoittaneet NK-solujen kyvyn mukautua välittömään ympäristöön ja muodostaa antigeenispesifistä immunologista muistia, joka on olennainen sekundaarisiin infektioihin vastaamisessa samalla antigeenillä [9].

NK -solujen rooli immuunivasteissa on tärkeä tutkimuslinja tutkimuksessa, jossa käytetään NK -solujen aktiivisuutta mahdollisena syöpähoitona.

* MeSH = Medical Subject Headings
* FMA = The Foundational Model of Anatomy Ontology

NK-solujen historia

Varhaisissa syöpäpotilaiden tutkimuksissa soluvälitteisestä sytotoksisuudesta kasvainkohdesoluja vastaan havaittiin johdonmukaisesti niin sanottua ”luonnollista” reaktiivisuutta. Jotkin lymfosyytti-populaatiot hajottivat poikkeuksellisesti kasvainsoluja ilman, että niitä oli aikaisemmin herkistetty kasvainsoluille.

Tohtori Henry Smith (Leedsin yliopiston lääketieteellinen korkeakoulu) julkaisi havainnosta tutkimuksen (1966), jossa vahvistettiin, että käsittelemättömät lymfoidisolut pystyivät antamaan luonnollisen immuniteetin kasvaimille [10]. Monet tutkijat olivat tehneet vastaavia havaintoja, mutta koska löydöt olivat ristiriidassa tuolloin vakiintuneen mallin kanssa, monet pitivät näitä havaintoja artefakteina*.[11]

* Artefakti (lääketiede):
1. keinotekoinen tuote; rakenne tai piirre, joka ei ole luonnollinen, vaan johtuu manipulaatiosta.
2. kuvan vääristymä tai sumeus, joka johtuu käsittelystä tai varastoinnista.


Vuoteen 1973 mennessä ”luonnollinen tappava” reaktiivisuus vahvistettiin useilla lajeilla. Havaintojen seurauksena postuloitiin oletus erillisen solulinjan olemassaolosta, jolla on tämä kyky. Havainnon, että ainutlaatuinen lymfosyyttityyppi oli vastuussa spontaanista sytotoksisuudesta, teki 1970-luvun alussa Rolf Kiessling ja Hugh Pross hiirillä [12] sekä Hugh Pross ja Mikael Jondal ihmisillä [13][14]. Hiiri- ja ihmistutkimukset toteutettiin Tukholman Karoliinisen instituutin professorien Eva Kleinin ja Hans Wigzellin ohjauksessa.

Kiesslingin tutkimus koski T-lymfosyyttien hyvin karakterisoitua kykyä hajottaa kasvainsoluja, joita vastaan ne oli aiemmin immunisoitu. Pross ja Jondal tutkivat soluvälitteistä sytotoksisuutta ihmisen veressä ja erilaisten reseptoria sisältävien solujen poistamisen vaikutusta tähän sytotoksisuuteen. Myöhemmin samana vuonna Ronald Herberman julkaisi samanlaisia havaintoja hiiren efektorisolun ainutlaatuisesta luonteesta [15]. Ihmisillä tehtyjen tutkimusten tiedot vahvisti suurimmaksi osaksi West et al.[16] käyttäen samanlaisia tekniikoita ja samaa erytroleukeemista kohdesolulinjaa, K562. K562 on herkkä ihmisen NK-solujen hajoamiselle. Sittemmin K562 51-kromin vapautumismäärityksestä on tullut yleisimmin käytetty määritys ihmisen NK-toiminnallisen aktiivisuuden havaitsemiseksi [17].

Menetelmän yleinen käyttö on johtanut siihen, että laboratoriot ympäri maailmaa voivat helposti vertailla kokeellisia tietoja. Käyttämällä epäjatkuvaa tiheyssentrifugointia ja monoklonaalisia vasta-aineita, luonnollinen tappamiskyky kartoitettiin suurten, granulaaristen lymfosyyttien alaryhmään (LGL), jotka tunnetaan nykyään NK-soluina.

Timonen ja Saksela osoittivat vuonna 1980, että tiheysgradientilla eristetyt suuret granulaariset lymfosyytit olivat vastuussa ihmisen NK-aktiivisuudesta [18]. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun NK-solut visualisoitiin mikroskooppisesti, ja se oli suuri läpimurto alalla.

NK-solujen alaryhmät

NK-solut luokitellaan:

  • CD56bright -soluiksi ja
  • CD56dim – soluiksi [19][20][3]

CD56bright NK-solut erittävät sytokiineja ja ovat toiminnaltaan samankaltaisia kuin T-auttajasolut [20]. CD56bright NK-solut muodostavat valtaosan luuytimen, toissijaisista imukudoselimistä, maksan ja iho NK-soluista [3].

Imukudosta on myös imukeräsissä. Imukeräsiä löytyy risakudoksista, Peyerin levyistä suolistossa, umpilisäkkeestä ja hengitysteiden limakalvolta. Näistä imukudoksista käytetään nimitystä MALT-järjestelmä (mucosa-associated lymphoid tissue). Imukudoselimet voidaan jakaa ensisijaisiin imukudoselimiin, joita ovat luuydin ja kateenkorva sekä toissijaisiin imukudoselimiin, joita ovat perna, risat, imusuonisto imusolmukkeineen, erilliset imukeräset ja imukerässikermät.

CD56dim NK-soluja löydetään pääasiassa perifeerisestä verestä*, [3]. Näitä NK-soluja luonnehtii ”kyky tappaa” sairastuneita soluja [20]. CD56dim NK-solut ovat aina CD16-positiivisia (CD16 on vasta-aine-riippuvaisen soluvälitteinen sytotoksisuus (ADCC – Antibody-dependent cellular cytotoxicity)) välittäjä [20]. CD56bright NK-solut voivat muuttua CD56dim -soluiksi CD16 välityksellä [3]. Luonnolliset tappajasolut tuhoavat viruksen infektoimia soluja CD16-välitteisesti vasta-aine-riippuvaisessa soluvälitteisessä sytotoksisuudessa (ADCC)[21].

Kaikilla COVID-19-potilailla CD56bright NK-solujen toiminta on heikentynyt, mutta CD56dim on heikentynyt vain vakavaa COVID-19-infektiota sairastavilla [21].

* Perifeerinen veri kulkee sydämen, valtimoiden, kapillaarien ja verisuonien läpi. Sen tärkein tehtävä on kuljettaa happea ja ravintoaineita elimistön soluihin ja kudoksiin sekä poistaa hiilidioksidia ja muita kuona-aineita elimistöstä.

NK-solujen reseptorit

NK-solureseptorit voidaan erottaa toiminnan perusteella. Luonnolliset sytotoksisuusreseptorit indusoivat suoraan apoptoosin (solukuoleman) Fas-ligandiin sitoutumisen jälkeen, mikä osoittaa suoraan solun tartunnan.

MHC-riippumattomat reseptorit käyttävät vaihtoehtoista reittiä apoptoosin indusoimiseksi infektoiduissa soluissa. Luonnollinen tappajasoluaktivaatio määräytyy estävän ja aktivoivan reseptoristimulaation tasapainon perusteella. Esimerkiksi, jos inhiboiva reseptorin signalointi on näkyvämpää, NK-soluaktiivisuus estyy; samoin, jos aktivoiva signaali on hallitseva, seurauksena on NK-solujen aktivaatio [22]. NK-solureseptorityypit (joissa on inhiboivia ja joitain aktivoivia jäseniä) erotetaan rakenteesta. Seuraavassa on muutama esimerkki:

Aktivoivat reseptorit

  • Ly49 (homodimeeri, eli kahdesta rakenneyksiköstä koostuva rakenne, jonka molemmat yksiköt ovat samanlaisia). Ihmisellä on yksi pseudogeeninen Ly49-reseptori, joka kuuluu vanhoihin C-tyypin lektiiniperheen reseptoreihin. Ly49 on klassisten (polymorfisten) MHC I -molekyylien reseptori.
  • NCR (luonnolliset sytotoksisuusreseptorit), immunoglobuliinien superperheen tyypin 1 transmembraaniproteiinit välittävät stimulaatiossa NK:n tappamista ja IFNy:n vapautumista. Ne sitovat virusligandeja, kuten hemagglutiniinit ja hemagglutiniinineuraminidaasit, joitain bakteeriligandeja ja soluligandeja, jotka liittyvät kasvaimen kasvuun, kuten PCNA.
  • CD16 (FcγIIIA) CD16 on erilaistumismolekyylien ryhmä, joka löytyy luonnollisten tappajasolujen, neutrofiilien, monosyyttien ja makrofagien pinnasta. Se osallistuu vasta-aineriippuvaiseen soluvälitteiseen sytotoksisuuteen.CD16 on immunoglobuliinien superperheen (IgSF) molekyyli, joka osallistuu vasta-aineriippuvaiseen solusytotoksisuuteen (ADCC). Sitä voidaan käyttää spesifisten immuunisolujen populaatioiden eristämiseen fluoresenssiaktivoidun solulajittelun (FACS) tai magneettisesti aktivoidun solulajittelun avulla käyttämällä CD16:ta vastaan suunnattuja vasta-aineita.

    CD16 on tyypin III Fcy-reseptori. Ihmisillä sitä esiintyy kahdessa eri muodossa: FcyRIIIa (CD16a) ja FcyRIIIb (CD16b), joiden sekvenssien samankaltaisuus on 96 % solunulkoisilla immunoglobuliinia sitovilla alueilla. Kun FcyRIIIa ekspressoituu syöttösoluissa, makrofageissa ja luonnollisissa tappajasoluissa transmembraanisena reseptorina, FcyRIIIb ekspressoituu vain neutrofiileissä.

    FcyRIIIb on ainoa Fc-reseptori, joka on ankkuroitu solukalvoon glykosyylifosfatidyyli-inositoli (GPI) -linkkerillä, ja sillä on myös merkittävä rooli kalsiumin mobilisaation ja neutrofiilien degranulaation käynnistämisessä. FcγRIIIa ja FcγRIIIb pystyvät yhdessä aktivoimaan degranulaation, fagosytoosin ja oksidatiivisen purskeen, mikä mahdollistaa neutrofiilien puhdistamisen opsonisoituneista patogeeneista.

Inhiboivat (estävät) reseptorit

  • Tappajasolun immunoglobuliininkaltaiset reseptorit (KIRs) kuuluvat Ig:n kaltaisten solun ulkoisten domeenien reseptorien multigeeniseen perheeseen. Ne ovat klassisen MHC I:n (HLA-A, HLA-B, HLA-C) sekä ei-klassisen Mamu-G:n (HLA-G) pääreseptoreita kädellisillä. Jotkut KIR:t ovat spesifisiä tietyille HLA-alatyypeille. Useimmat KIR:t ovat estäviä ja hallitsevia. Tavalliset solut ilmentävät MHC-luokkaa I, joten KIR-reseptorit tunnistavat ne ja NK-solujen sytotoksinen reaktio estyy.
  • CD94/NKG2 (heterodimeeri, eli kahdesta rakenneyksiköstä koostuva rakenne, jonka molemmat yksiköt ovat rakenteeltaan erilaisia) on C-tyypin lektiiniperheen reseptori, joka on konservoitunut (säilynyt samanlaisena) sekä jyrsijöillä että kädellisillä ja identifioi ei-klassisia (myös ei-polymorfisia) MHC I -molekyylejä, kuten HLA-E. HLA-E:n ilmentyminen solun pinnalla riippuu klassisten MHC-luokan I molekyylien signaalisekvenssistä peräisin olevan nonameeripeptidiepitoopin läsnäolosta, joka muodostuu signaalipeptidipeptidaasin ja proteasomin peräkkäisestä toiminnasta.
  • ILT tai LIR (immunoglobuliininkaltainen reseptori) kuuluu äskettäin tunnistettuun Ig-reseptoreiden perheeseen.
  • Ly49:llä on sekä aktivoivia että estäviä isoformeja. Ne ovat erittäin polymorfisia populaatiotasolla; vaikka ne eivät ole rakenteellisesti sukua KIR:eille, ne ovat KIR:ien toiminnallisia homologeja hiirillä. Ly49:t ovat klassisten (polymorfisten) MHC I -molekyylien reseptoreita.

Protein structure of NKG2D

Funktio

Sytolyyttinen granulaatiovälitteinen soluapoptoosi

NK-solut ovat sytotoksisia (solulle myrkyllisiä).Pienet granulat sytoplasmassa sisältävät proteiineja, kuten perforiinia ja proteaaseja, eli grantsyymeja. Vapautuessaan tapettavaksi tarkoitetun solun välittömään läheisyyteen perforiini muodostaa huokosia kohdesolun solukalvoon, luoden näin vesipitoisen kanavan, jonka kautta grantsyymit ja niihin liittyvät molekyylit pääsevät soluun, mikä indusoi joko apoptoosin tai lyyttiseen solun hajoamisen.

Ero apoptoosin ja solun hajoamisen välillä on tärkeä immunologiassa: viruksen saastuttaman solun hajottaminen voi mahdollisesti vapauttaa virioneja, kun taas apoptoosi johtaa viruksen tuhoutumiseen. NK-solut erittävät myös α-defensiinejä, antimikrobisia molekyylejä, ja ne tappavat bakteereja suoraan hajottamalla niiden soluseiniä neutrofiilien kanssa analogisella tavalla.[5]

Vasta-aineriippuvainen soluvälitteinen sytotoksisuus (ADCC)

Infektoituneet solut opsonoidaan rutiininomaisesti vasta-aineilla immuunisolujen havaitsemiseksi. NK-soluissa ilmentyvät FcyRIII (CD16) -reseptorit voivat tunnistaa antigeeneihin sitoutuvat vasta-aineet, mikä johtaa NK-aktivaatioon, sytolyyttisten rakeiden vapautumiseen ja siitä johtuvaan soluapoptoosiin. Tämä on joidenkin monoklonaalisten vasta-aineiden, kuten rituksimabin (Rituxan), ofatumumabin (Azera) ja muiden, tärkeä toimintamekanismi. Vasta-aineriippuvaisen soluvälitteisen sytotoksisuuden vaikutus kasvainsolujen tappamiseen voidaan mitata spesifisellä testillä, joka käyttää NK-92:ta, kuolematonta NK-kaltaisten solujen linjaa, joka on lisensoitu NantKwest, Inc:lle: NK-92-solujen vaste, joka on transfektoitu korkean affiniteetin Fc-reseptorilla verrataan ”villin tyypin” NK-92:een, joka ei ilmennä Fc-reseptoria.[23]

Sytokiinien indusoima NK-solujen ja sytotoksisten T-lymfosyyttien (CTL) aktivaatio

Sytokiineilla on ratkaiseva rooli NK-solujen aktivoinnissa. Koska nämä ovat stressimolekyylejä, joita solut vapauttavat virusinfektion seurauksena, ne toimivat signaalina NK-soluille viruspatogeenien esiintymisestä sairastuneella alueella.

NK-aktivaatioon osallistuvia sytokiinejä ovat IL-12, IL-15, IL-18, IL-2 ja CCL5. NK-solut aktivoituvat vasteena interferoneille tai makrofageista peräisin oleville sytokiineille. Ne toimivat virusinfektioiden hillitsemisessä, kun taas adaptiivinen immuunivaste tuottaa antigeenispesifisiä sytotoksisia T-soluja, jotka voivat poistaa infektion.

NK-solut hallitsevat virusinfektioita erittämällä IFNy:aa ja TNFa:aa. IFNy aktivoi makrofageja fagosytoosia ja hajoamista varten, ja TNFa toimii edistäen suoraa NK-kasvainsolujen tappamista. Potilaat, joilta puuttuu NK-soluja, ovat erittäin alttiita herpesvirusinfektion varhaisille vaiheille.

Puuttuva itsensä tunnistamisen -hypoteesi

Jotta NK-solut voisivat puolustaa kehoa viruksia ja muita taudinaiheuttajia vastaan, ne tarvitsevat mekanismeja, joilla ne tunnistavat onko solu infektoitunut vai ei. Tarkat mekanismit ovat edelleen tutkimuksen kohteena, mutta ”muuttuneen minän” tilan tunnistamisen uskotaan liittyvän asiaan.

Sytotoksisen aktiivisuutensa hallitsemiseksi NK-soluilla on kahden tyyppisiä pintareseptoreita: aktivoivat reseptorit ja estävät reseptorit sekä tappajasolujen immunoglobuliinin kaltaiset reseptorit. Useimmat näistä reseptoreista eivät ole ainutlaatuisia NK-soluille, ja niitä voi esiintyä myös joissakin T-solujen alaryhmissä.

Estävät reseptorit tunnistavat MHC-luokan I alleelit, mikä selittää, miksi NK-solut ensisijaisesti tappavat soluja, joissa on vähän MHC-luokan I molekyylejä. Tämä NK-solukohteen vuorovaikutusmuoto tunnetaan nimellä ”puuttuva itsensä tunnistaminen”. Klas Kärre kollegoineen nimesi hypoteesin 90-luvun lopulla.

MHC-luokan I molekyylit ovat päämekanismi, jolla solut näyttävät virus- tai kasvainantigeenejä sytotoksisille T-soluille. Sekä solunsisäisissä mikrobeissa että kasvaimissa on havaittavissa yleinen evoluutionaalinen sopeutuminen: MHC I -molekyylien krooninen vaimeneminen, mikä tekee sairastuneista soluista näkymättömiä T-soluille, jolloin ne voivat välttää T-soluvälitteisen immuunivasteen. NK-solut ilmeisesti kehittyivät evoluutioreaktiona tähän sopeutumiseen (MHC:n menetys eliminoi CD4/CD8-toiminnan, joten toinen immuunisolu kehittyi täyttämään tehtävän)[24].

protein structure of NKp44

Kasvainsolujen seuranta

Luonnollisista tappajasoluista puuttuu usein antigeenispesifisiä solupintareseptoreita, joten ne ovat osa synnynnäistä (luontaista) immuunijärjestelmää, eli ne pystyvät reagoimaan välittömästi ilman aiempaa altistusta taudinaiheuttajalle.

Sekä hiirillä että ihmisillä NK-soluilla voidaan nähdä rooli kasvaimen immuunivalvonnassa indusoimalla suoraan kasvainsolujen kuolemaa (NK:t toimivat sytolyyttisinä efektorilymfosyytteinä), jopa ilman pintaadheesiomolekyylejä ja antigeenisiä peptidejä. Tämä NK-solujen rooli on tärkeä immuunijärjestelmän toiminnalle erityisesti siksi, että T-solut eivät pysty tunnistamaan patogeenejä pinta-antigeenien puuttuessa [2].

Kasvainsolujen havaitseminen johtaa NK-solujen aktivoitumiseen ja siitä johtuvaan sytokiinien tuotantoon ja erittymiseen. Jos kasvainsolut eivät aiheuta tulehdusta, niitä pidetään myös itsenä, eivätkä ne aiheuta T-soluvastetta.

NK:t tuottavat useita sytokiinejä, mukaan lukien tuumorinekroositekijä a (TNFa), IFNy ja interleukiini (IL-10). TNFa ja IL-10 toimivat proinflammatorisina ja vastaavasti immunosuppressoreina.

NK-solujen aktivaatio ja sitä seuraava sytolyyttisten efektorisolujen tuotanto vaikuttaa makrofageihin, dendriittisoluihin ja neutrofiileihin, mikä mahdollistaa sen jälkeen antigeenispesifiset T- ja B-soluvasteet. Sen sijaan, että se vaikuttaisi antigeenispesifisten reseptorien kautta, NK-solujen aiheuttamaa kasvainsolujen hajoamista välittävät vaihtoehtoiset reseptorit, mukaan lukien NKG2D, NKp44, NKp46, NKp30 ja DNAM [22]. NKG2D on disulfidisidottu homodimeeri, joka tunnistaa useita ligandeja, mukaan lukien ULBP ja MICA, jotka tyypillisesti ilmentyvät kasvainsoluissa. Dendriittisolujen ja NK-solujen välisen rajapinnan roolia immunobiologiassa on tutkittu ja määritelty kriittiseksi monimutkaisen immuunijärjestelmän ymmärtämiselle.

NK-solut, makrofagit ja eräät muut solutyypit, ilmentävät Fc-reseptori-molekyyliä (FcR) – (FC-gamma-RIII = CD16). Se on aktivoiva biokemiallinen reseptori, joka sitoo IgG-luokan vasta-aineiden Fc-osan. Tämä sallii NK-solujen kohdistaa aktivaationsa soluihin ja hajottaa soluja vasta-aineriippuvaisen soluvälitteisen sytotoksisuuden (ADCC) kautta.

Immuunivaste riippuu NK-soluissa ilmennetyn Fc-reseptorin affiniteetista, jolla voi olla korkea, keskitasoinen ja alhainen affiniteetti vasta-aineen Fc-osaan. Tämän affiniteetin määrää proteiinin asemassa 158 oleva aminohappo, joka voi olla fenyylialaniini (F-alleeli) tai valiini (V-alleeli). Potilaat, joilla on korkea affiniteetti FcRgammRIII (158 V/V alleeli), reagoivat paremmin vasta-ainehoitoon. Tämä on osoitettu lymfoomapotilailla, jotka ovat saaneet Rituxan-vasta-ainetta.
Potilailla, jotka ilmentävät 158 V/V alleelia, oli parempi antituumorivaste. Vain 15–25 % väestöstä ilmentää 158 V/V alleelia. Monoklonaalisten vasta-aineiden ADCC-osuuden määrittämiseksi NK-92-solut (”puhdas” NK-solulinja) on transfektoitu korkean affiniteetin FcR:n geenillä.

Vanhenevien solujen poistaminen

Luonnollisilla tappajasoluilla ja makrofageilla on tärkeä tehtävä vanhenevien solujen poistamisessa [25]. Luonnolliset tappajasolut tappavat vanhenevia soluja ja erittävät makrofageja aktivoivia sytokiinejä, jotka aktivoivat makrofagit poistamaan vanhenevia soluja [25].

Luonnolliset tappajasolut voivat käyttää NKG2D-reseptoreita havaitsemaan vanhenevia soluja ja tappamaan nämä solut käyttämällä perforiinihuokosia muodostavaa sytolyyttistä proteiinia.[26] CD8+ sytotoksiset T-lymfosyytit käyttävät myös NKG2D-reseptoreita havaitsemaan vanhenevia soluja ja edistämään NK-solujen tapaan vanhenevien solujen tappamista.[26]

NK-solujen adaptiiviset ominaisuudet – ”muistin kaltaiset”, ”mukautuvat” ja muisti-NK-solut

Adaptive NK cells

Kyky synnyttää muistisoluja primaarisen infektion jälkeen sekä siitä seuraava nopea immuunivaste saman antigeenin aiheuttamiin myöhempiin infektioihin on keskeinen osa T- ja B-solujen tehtäviä adaptiivisessa immuunivasteessa.

NK-soluja on pidetty osana luontaista immuunijärjestelmää. Viime aikoina lisääntynyt näyttö kuitenkin viittaa siihen, että NK-soluilla voi olla useita ominaisuuksia, jotka yleensä johtuvat adaptiivisista immuunisoluista (esim. T-soluvasteista), kuten alaryhmien dynaaminen laajeneminen ja supistuminen, lisääntynyt pitkäikäisyys ja immunologisen muistin muoto, jolle on ominaista tehokkaampi vaste saman antigeenin toissijaiseen altistukseen [27][28].

Hiirien MCMV-mallissa havaittiin MCMV-indusoitujen NK-solujen suojaavia muistitoimintoja [29] ja MCMV-ligandin m157 suora tunnistaminen Ly49-reseptorin toimesta osoittautui tärkeäksi adaptiivisten NK-soluvasteiden synnyttämisessä.[29]

Ihmisillä useimmat tutkimukset ovat keskittyneet aktivoivaa reseptoria NKG2C (KLRC2) kantavan NK-solujen alajoukon laajentamiseen. Tällaista laajenemista havaittiin ensisijaisesti vasteena ihmisen sytomegalovirukselle (HCMV) [30], mutta myös muissa infektioissa, mukaan lukien hantavirus, Chikungunya-virus, HIV ja virushepatiitti.

Laukaisevatko virusinfektiot adaptiivisten NKG2C+ NK-solujen laajentumisen vai johtavatko muut infektiot piilevän HCMV:n uudelleen aktivoitumiseen (kuten hepatiitista on arveltu [31]), on vielä ratkaisematta. Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että adaptiiviset NK-solut voivat käyttää aktivoivaa reseptoria NKG2C (KLRC2) sitoutuakseen suoraan sytomegaloviruksesta peräisin oleviin peptidiantigeeneihin ja reagoida peptidien tunnistamiseen aktivoimalla, laajentamalla ja erilaistumalla [32]. Tämä mekanismi, joka reagoi viruksen infektoimiin soluihin tunnettiin aiemmin vain adaptiivisen immuunijärjestelmän T-solujen immuunivasteesta.

NK-solujen toiminta raskausaikana

Koska siittiöiden mukana naisen munasoluun päätyy vieraita geenejä, onnistunut hedelmöittyminen edellyttää äidin immuunijärjestelmän tukahduttamista. NK-soluilla uskotaan olevan keskeinen merkitys tässä prosessissa [33]. Kohdun NK-solut (uNK-solut) eroavat perifeerisistä NK-soluista.

Kohdun NK-solut kuuluvat CD56bright NK -solujen alaryhmään. Ne erittävät sytokiineja, mutta niillä on alhainen sytotoksinen kyky. Ne ovat verrattain samankaltaisia perifeeristen CD56bright NK-solujen kanssa, mutta niillä on hieman erilainen reseptoriprofiili.[33]

uNK-solut ovat runsaimpia leukosyyttejä kohdussa raskauden alkuvaiheessa. Niiden osuus on noin 70 % kohdun leukosyyteistä, mutta niiden alkuperästä ei ole varmuutta [34]. Kohdun NK-solut tuottavat solusytotoksisuutta in vitro, mutta vähemmän kuin perifeeriset NK-solut, vaikka ne sisältävät perforiinia [35].

Sytotoksisuuden puute in vivo voi johtua kohdun NK-solujen estoreseptoreiden ligandeista. Trofoblastisolut vähentävät HLA-A:n ja HLA-B:n säätelyä suojautuakseen sytotokselta T-soluvälitteiseltä kuolemalta. Tämä aktivoisi normaalisti NK-solut puuttuvalla itsetunnistuksella; nämä solut kuitenkin säilyvät. Trofoblastin HLA-E:n (joka on ligandi NK-soluja inhiboivalle reseptorille NKG2A) ja HLA-G:n (joka on ligandi NK-soluja estävälle reseptorille KIR2DL4) selektiivisen retention uskotaan puolustavan sitä NK-soluvälitteistä kuolemaa vastaan. [33]
Perifeeristen NK-solujen korkeampia prosenttiosuuksia esiintyy naisilla, joilla on ollut toistuvia keskenmenoja [36].

NK-solut ovat vuorovaikutuksessa HLA-C:n kanssa tuottaen sytokiinejä, jotka ovat välttämättömiä trofoblastiselle proliferaatiolle. Joitakin tärkeitä sytokiineja, joita ne erittävät, ovat TNF-α, IL-10, IFN-y, GM-CSF ja TGF-β [33]. Esimerkiksi IFN-y laajentaa ja ohentaa äidin kierrevaltimoiden seinämiä parantaakseen verenkiertoa implantaatiokohtaan [37].

Syöpäsolut ja NK-solut

Tuumorisolut voivat välttää immuunivasteet poistamalla NKG2D:n liukoisia ligandeja. Nämä liukoiset NKG2D-ligandit sitoutuvat NK-solujen NKG2D-reseptoreihin aktivoiden väärän NK-vasteen ja siten luoden kilpailua reseptoripaikasta [2]. Tätä kiertotapaa esiintyy eturauhassyövässä. Lisäksi eturauhassyövän kasvaimet voivat välttää CD8-solujen tunnistamisen, koska ne pystyvät vaimentamaan MHC-luokan I molekyylien ilmentymistä. Tämä esimerkki immuunijärjestelmän väistämisestä korostaa itse asiassa NK-solujen merkitystä kasvaimen seurannassa ja vasteessa, koska CD8-solut voivat näin ollen vaikuttaa vain kasvainsoluihin vasteena NK:n käynnistämään sytokiinien tuotantoon (adaptiivinen immuunivaste) [38].

NK-solujen korkea pitoisuus

Kokeelliset hoidot NK-soluilla ovat johtaneet liialliseen sytokiinituotantoon ja jopa septiseen sokkiin. Tulehduksellisen sytokiini gamma-interferonin ehtyminen käänsi vaikutuksen.

Sovellukset

Syöpäterapiat

Koska NK-solut tunnistavat kohdesolut, kun ne ilmentävät ei-omia HLA-antigeenejä (mutta eivät itseään), autologiset (potilaiden omat) NK-soluinfuusiot eivät ole osoittaneet kasvainten vastaisia vaikutuksia.

Sen sijaan tutkijat työskentelevät perifeerisen veren allogeenisten solujen käyttämiseksi, mikä edellyttää, että kaikki T-solut poistetaan ennen infuusiota, jotta voidaan poistaa käänteishyljintäsairauden riski, joka voi olla kohtalokas.

Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä immunomagneettista kolonnia (CliniMACS). Lisäksi, koska veressä on rajoitettu määrä NK-soluja (vain 10 % lymfosyyteistä on NK-soluja), niiden määrää on lisättävä viljelmässä. Tämä voi kestää muutaman viikon ja tuotto riippuu luovuttajasta.

Yksinkertaisempi tapa saada suuria määriä puhtaita NK-soluja on laajentaa NK-92-soluja, joiden solut kasvavat jatkuvasti viljelmässä ja jotka voidaan laajentaa kliinisen asteen määrään pusseissa tai bioreaktoreissa [39]. Kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet sen olevan hyvin siedetty, ja joitakin kasvaimia estäviä vasteita on havaittu potilailla, joilla on keuhkosyöpä, melanooma ja lymfooma [40][41].

NK-92-immunoterapiaan liittyy kuitenkin merkittäviä rajoituksia, koska solulinja on peräisin potilaalta, jolla on non-Hodgkin-lymfooma, ja siksi se on säteilytettävä ennen infuusiota, mikä rajoittaa pysyvyyttä in vivo. Lisäksi NK-92-soluista puuttuu CD-16, minkä vuoksi ne eivät pysty suorittamaan ADCC:tä, mikä estää tämän hoidon käyttämisen yhdessä monoklonaalisten vasta-ainehoitojen kanssa [42]. Ne voidaan kuitenkin suunnitella sisältämään CD16, mikä mahdollistaa ADCC-toiminnan ja laajentaa niiden mahdollista terapeuttista käyttökelpoisuutta.

T-solujen infuusiot, jotka on suunniteltu ilmentämään kimeeristä antigeenireseptoria (CAR), joka tunnistaa antigeenimolekyylin leukemiasoluissa, voivat saada aikaan remissioita potilailla, joilla on pitkälle edennyt leukemia. T-solujen laajenemiseen liittyy logistisia haasteita, ja tutkijat työskentelevät soveltaakseen samaa tekniikkaa ääreisveren NK-soluihin ja NK-92:een. NK-92-soluja voidaan muokata sisältämään sekä CD16- että CAR-soluja, jotta ne voivat suorittaa sekä ADCC-välitteisen tappamisen IgG1-vasta-aineiden kautta että CAR-välitteisen tappamisen samasta solusta. Yksi tällainen NK-92:sta johdettu solulinja, nimeltään t-haNK, on muokattu sekä CD16:n että anti-PD-L1 CAR:n kanssa, ja se on parhaillaan kliinisessä kehityksessä onkologisiin indikaatioihin. NK-92.

Bostonin lastensairaalassa tehdyssä tutkimuksessa, yhteistyössä Dana-Farber Cancer Instituten kanssa, jossa immuunipuutteiset hiiret olivat saaneet lymfoomia EBV-infektiosta, NK-aktivoiva reseptori NKG2D, fuusioitiin EBV-vasta-aineen stimuloivan Fc-osan kanssa. NKG2D-Fc-fuusio vähensi kasvaimen kasvua ja pidensi vastaanottajien elinaikaa. LMP1-käyttöisten lymfoomien siirtomallissa NKG2D-Fc-fuusio vähensi kasvaimen kasvua ja pidensi vastaanottajien elinaikaa. Hodgkin-lymfoomassa, jossa pahanlaatuiset Hodgkin Reed-Sternberg -solut ovat tyypillisesti HLA-luokan I puutteellisia, immuunijärjestelmän väistäminen välittyy osittain vinoutumisesta kohti uupunutta PD-1hi NK -solufenotyyppiä, ja näiden NK-solujen uudelleenaktivoituminen näyttää olevan yksi tarkistuspisteen estämisen aiheuttama vaikutusmekanismi.[43]

Uudet havainnot

Luontainen resistenssi HIV:lle

Tuoreet tutkimukset viittaavat siihen, että spesifiset KIR-MHC luokan I geenivuorovaikutukset voivat hallita synnynnäistä geneettistä vastustuskykyä tietyille virusinfektioille, mukaan lukien HIV [5]. Tiettyjen HLA-allotyyppien on havaittu määrittävän HIV:n etenemisen AIDSiksi; esimerkkinä ovat HLA-B57- ja HLA-B27-alleelit, joiden on havaittu hidastavan etenemistä HIV:stä AIDSiin. Tämä on ilmeistä, koska potilailla, jotka ilmentävät näitä HLA-alleeleja, on havaittu olevan pienempi viruskuorma ja CD4+ T-solujen lukumäärän asteittainen lasku.

Huolimatta huomattavasta HLA-alleelien ja KIR-allotyyppien geneettistä korrelaatiota mittaavasta tutkimuksesta ja kerätyistä tiedoista, varmaa johtopäätöstä siitä, mikä yhdistelmä vähentää HIV- ja AIDS-alttiutta, ei ole vielä tehty. NK-solut voivat aiheuttaa immuunipaineen HIV:lle, mikä on aiemmin kuvattu vain T-soluilla ja vasta-aineilla [44]. HIV mutatoituu välttääkseen NK-solujen havaitsemisen [44].

Kudosten NK-solut

Suurin osa nykyisestä tiedostamme on peräisin hiiren pernan ja ihmisen perifeerisen veren NK-solujen tutkimuksista.

Viime vuosina on kuvattu kudoksissa eläviä NK-solupopulaatioita [45][46]. Nämä kudoksessa elävät NK-solut jakavat transkription samankaltaisuuden kuin aiemmin kuvatut kudoksessa asuvat muisti-T-solut. Kuitenkaan kudoksissa asuvat NK-solut eivät välttämättä ole muistifenotyyppiä, ja itse asiassa suurin osa kudoksessa olevista NK-soluista on toiminnallisesti epäkypsiä[47].

Näillä erikoistuneilla NK-solujen alajoukoilla voi olla rooli elinten homeostaasissa. Esimerkiksi NK-solut rikastuvat ihmisen maksassa tietyllä fenotyypillä ja osallistuvat maksafibroosin hallintaan [48][49]. Kudoksissa eläviä NK-soluja on myös tunnistettu sellaisista kohdista kuin luuytimessä, pernassa ja viime aikoina keuhkoissa, suolistossa ja imusolmukkeissa. Näissä paikoissa kudoksissa asuvat NK-solut voivat toimia säiliönä kypsymättömien NK-solujen ylläpitämiselle ihmisissä läpi elämän.[47]

Lähde: Wikipedia, Imperial College London

Lähdeluettelo

  1. Perera Molligoda Arachchige, Arosh Shavinda (2021-03-24). ”Human NK cells: From development to effector functions”. Innate Immunity. 27 (3): 212–229. doi:10.1177/17534259211001512. ISSN 1753-4259. PMC 8054151. PMID 33761782.
  2. Vivier E, Raulet DH, Moretta A, Caligiuri MA, Zitvogel L, Lanier LL, Yokoyama WM, Ugolini S (January 2011). ”Innate or adaptive immunity? The example of natural killer cells”. Science. 331 (6013): 44–9. Bibcode:2011Sci…331…44V. doi:10.1126/science.1198687. PMC 3089969. PMID 21212348.
  3. Pfefferle A, Jacobs B, Sohlberg E, Malmberg K (2020). ”Deciphering Natural Killer Cell Homeostasis”. Frontiers in Immunology. 11: 812. doi:10.3389/fimmu.2020.00812. PMC 7235169. PMID 32477340.
  4. Roitt I, Brostoff J, Male D (2001). Immunology (6th ed.), 480p. St. Louis: Mosby, ISBN 0-7234-3189-2.
  5. Iannello A, Debbeche O, Samarani S, Ahmad A (July 2008). ”Antiviral NK cell responses in HIV infection: I. NK cell receptor genes as determinants of HIV resistance and progression to AIDS”. Journal of Leukocyte Biology. 84 (1): 1–26. CiteSeerX 10.1.1.619.9639. doi:10.1189/jlb.0907650. PMID 18388298. S2CID 26975415.
  6. Walzer T, Bléry M, Chaix J, Fuseri N, Chasson L, Robbins SH, Jaeger S, André P, Gauthier L, Daniel L, Chemin K, Morel Y, Dalod M, Imbert J, Pierres M, Moretta A, Romagné F, Vivier E (February 2007). ”Identification, activation, and selective in vivo ablation of mouse NK cells via NKp46”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (9): 3384–9. Bibcode:2007PNAS..104.3384W. doi:10.1073/pnas.0609692104. PMC 1805551. PMID 17360655.
  7. Sivori S, Vitale M, Morelli L, Sanseverino L, Augugliaro R, Bottino C, Moretta L, Moretta A (October 1997). ”p46, a novel natural killer cell-specific surface molecule that mediates cell activation”. The Journal of Experimental Medicine. 186 (7): 1129–36. doi:10.1084/jem.186.7.1129. PMC 2211712. PMID 9314561.
  8. Arina A, Murillo O, Dubrot J, Azpilikueta A, Alfaro C, Pérez-Gracia JL, Bendandi M, Palencia B, Hervás-Stubbs S, Melero I (May 2007). ”Cellular liaisons of natural killer lymphocytes in immunology and immunotherapy of cancer”. Expert Opinion on Biological Therapy. 7 (5): 599–615. doi:10.1517/14712598.7.5.599. PMID 17477799. S2CID 43003664.
  9. Watzl C (2014). How to trigger a killer: modulation of natural killer cell reactivity on many levels. Advances in Immunology. 124. pp. 137–70. doi:10.1016/B978-0-12-800147-9.00005-4. ISBN 9780128001479. PMID 25175775.
  10. Smith HJ (December 1966). ”Antigenicity of carcinogen-induced and spontaneous tumours in inbred mice”. British Journal of Cancer. 20 (4): 831–7. doi:10.1038/bjc.1966.95. PMC 2008147. PMID 5964614.
  11. Oldham RK (1983). ”Natural killer cells: artifact to reality: an odyssey in biology”. Cancer and Metastasis Reviews. 2 (4): 323–36. doi:10.1007/BF00048565. PMID 6375859. S2CID 11301147.
  12. Kiessling R, Klein E, Pross H, Wigzell H (February 1975). ””Natural” killer cells in the mouse. II. Cytotoxic cells with specificity for mouse Moloney leukemia cells. Characteristics of the killer cell”. European Journal of Immunology. 5 (2): 117–21. doi:10.1002/eji.1830050209. PMID 1086218. S2CID 2389610.
  13. Pross HF, Jondal M (August 1975). ”Cytotoxic lymphocytes from normal donors. A functional marker of human non-T lymphocytes”. Clinical and Experimental Immunology. 21 (2): 226–35. PMC 1538269. PMID 810282.
  14. Jondal M, Pross H (April 1975). ”Surface markers on human b and t lymphocytes. VI. Cytotoxicity against cell lines as a functional marker for lymphocyte subpopulations”. International Journal of Cancer. 15 (4): 596–605. doi:10.1002/ijc.2910150409. PMID 806545. S2CID 30612835.
  15. Herberman RB, Nunn ME, Holden HT, Lavrin DH (August 1975). ”Natural cytotoxic reactivity of mouse lymphoid cells against syngeneic and allogeneic tumors. II. Characterization of effector cells”. International Journal of Cancer. 16 (2): 230–9. doi:10.1002/ijc.2910160205. PMID 1080480. S2CID 24410880.
  16. West WH, Cannon GB, Kay HD, Bonnard GD, Herberman RB (January 1977). ”Natural cytotoxic reactivity of human lymphocytes against a myeloid cell line: characterization of effector cells”. Journal of Immunology. 118 (1): 355–61. PMID 299761.
  17. Pross HF, Baines MG, Rubin P, Shragge P, Patterson MS (January 1981). ”Spontaneous human lymphocyte-mediated cytotoxicity against tumor target cells. IX. The quantitation of natural killer cell activity”. Journal of Clinical Immunology. 1 (1): 51–63. doi:10.1007/BF00915477. PMID 7334070. S2CID 24437710.
  18. Timonen T, Saksela E (1980). ”Isolation of human NK cells by density gradient centrifugation”. Journal of Immunological Methods. 36 (3–4): 285–91. doi:10.1016/0022-1759(80)90133-7. PMID 7430655.
  19. Hashemi E, Malarkannan S (2020). ”Tissue-Resident NK Cells: Development, Maturation, and Clinical Relevance”. Cancers. 12 (6): 1553. doi:10.3390/cancers12061553. PMC 7352973. PMID 32545516.
  20. Wu S, Fu T, Jiang Y, Shao Z (2020). ”Natural killer cells in cancer biology and therapy”. Molecular Cancer. 19 (1): 120. doi:10.1186/s12943-020-01238-x. PMC 7409673. PMID 32762681.
  21. Market M, Angka L, Martel AB, Auer RC (2020). ”Flattening the COVID-19 Curve With Natural Killer Cell Based Immunotherapies”. Frontiers in Immunology. 11: 1512. doi:10.3389/fimmu.2020.01512. PMC 7324763. PMID 32655581.
  22. Terunuma H, Deng X, Dewan Z, Fujimoto S, Yamamoto N (2008). ”Potential role of NK cells in the induction of immune responses: implications for NK cell-based immunotherapy for cancers and viral infections”. International Reviews of Immunology. 27 (3): 93–110. doi:10.1080/08830180801911743. PMID 18437601. S2CID 27557213.
  23. Smyth MJ, Hayakawa Y, Takeda K, Yagita H (November 2002). ”New aspects of natural-killer-cell surveillance and therapy of cancer”. Nature Reviews. Cancer. 2 (11): 850–61. doi:10.1038/nrc928. PMID 12415255. S2CID 1430364.
  24. Lodoen MB, Lanier LL (2005). ”Viral modulation of NK cell immunity”. Nature Reviews Microbiology. 3 (1): 59–69. doi:10.1038/nrmicro1066. PMID 15608700. S2CID 16655783.
  25. Antonangeli F, Zingoni A, Soriani A, Santoni A (2019). ”Senescent cells: Living or dying is a matter of NK cells”. Journal of Leukocyte Biology. 105 (6): 1275–1283. doi:10.1002/JLB.MR0718-299R. PMID 30811627. S2CID 73469394.
  26. Prata LG, Ovsyannikova IG, Tchkonia T, Kirkland JL (2018). ”Senescent cell clearance by the immune system: Emerging therapeutic opportunities”. Seminars in Immunology. 40: 101275. doi:10.1016/j.smim.2019.04.003. PMC 7061456. PMID 31088710.
  27. Rölle A, Pollmann J, Cerwenka A (September 2013). ”Memory of infections: an emerging role for natural killer cells”. PLOS Pathogens. 9 (9): e1003548. doi:10.1371/journal.ppat.1003548. PMC 3784484. PMID 24086127.
  28. Pyzik M, Vidal SM (2009). ”Natural killer cells: NK cells stroll down the memory lane”. Immunology and Cell Biology. 87 (4): 261–3. doi:10.1038/icb.2009.10. PMID 19290015. S2CID 42943696.
  29. Sun JC, Beilke JN, Lanier LL (January 2009). ”Adaptive immune features of natural killer cells”. Nature. 457 (7229): 557–61. Bibcode:2009Natur.457..557S. doi:10.1038/nature07665. PMC 2674434. PMID 19136945.
  30. Gumá M, Angulo A, Vilches C, Gómez-Lozano N, Malats N, López-Botet M (December 2004). ”Imprint of human cytomegalovirus infection on the NK cell receptor repertoire”. Blood. 104 (12): 3664–71. doi:10.1182/blood-2004-05-2058. PMID 15304389.
  31. Malone DF, Lunemann S, Hengst J, Ljunggren HG, Manns MP, Sandberg JK, Cornberg M, Wedemeyer H, Björkström NK (2017). ”Cytomegalovirus-Driven Adaptive-Like Natural Killer Cell Expansions Are Unaffected by Concurrent Chronic Hepatitis Virus Infections”. Frontiers in Immunology. 8 (8): 525. doi:10.3389/fimmu.2017.00525. PMC 5421146. PMID 28533779.
  32. Hammer Q, Rückert T, Borst EM, Dunst J, Haubner A, Durek P, Heinrich F, Gasparoni G, Babic M, Tomic A, Pietra G, Nienen M, Blau IW, Hofmann J, Na IK, Prinz I, Koenecke C, Hemmati P, Babel N, Arnold R, Walter J, Thurley K, Mashreghi MF, Messerle M, Romagnani C (May 2018). ”Peptide-specific recognition of human cytomegalovirus strains controls adaptive natural killer cells”. Nature Immunology. 19 (5): 453–463. doi:10.1038/s41590-018-0082-6. PMID 29632329. S2CID 4718187.
  33. Lash GE, Robson SC, Bulmer JN (March 2010). ”Review: Functional role of uterine natural killer (uNK) cells in human early pregnancy decidua”. Placenta. 31 Suppl (S): S87–92. doi:10.1016/j.placenta.2009.12.022. PMID 20061017.
  34. Bulmer JN, Williams PJ, Lash GE (2010). ”Immune cells in the placental bed”. The International Journal of Developmental Biology. 54 (2–3): 281–94. doi:10.1387/ijdb.082763jb. PMID 19876837.
  35. Kopcow HD, Allan DS, Chen X, Rybalov B, Andzelm MM, Ge B, Strominger JL (October 2005). ”Human decidual NK cells form immature activating synapses and are not cytotoxic”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (43): 15563–8. Bibcode:2005PNAS..10215563K. doi:10.1073/pnas.0507835102. PMC 1266146. PMID 16230631.
  36. Seshadri S, Sunkara SK (2013). ”Natural killer cells in female infertility and recurrent miscarriage: a systematic review and meta-analysis”. Human Reproduction Update. 20 (3): 429–38. doi:10.1093/humupd/dmt056. PMID 24285824.
  37. Ashkar AA, Di Santo JP, Croy BA (July 2000). ”Interferon gamma contributes to initiation of uterine vascular modification, decidual integrity, and uterine natural killer cell maturation during normal murine pregnancy”. The Journal of Experimental Medicine. 192 (2): 259–70. doi:10.1084/jem.192.2.259. PMC 2193246. PMID 10899912.
  38. O’Leary JG, Goodarzi M, Drayton DL, von Andrian UH (May 2006). ”T cell- and B cell-independent adaptive immunity mediated by natural killer cells”. Nature Immunology. 7 (5): 507–16. doi:10.1038/ni1332. PMID 16617337. S2CID 1459858.
  39. Gong JH, Maki G, Klingemann HG (April 1994). ”Characterization of a human cell line (NK-92) with phenotypical and functional characteristics of activated natural killer cells”. Leukemia. 8 (4): 652–8. PMID 8152260.
  40. Arai S, Meagher R, Swearingen M, Myint H, Rich E, Martinson J, Klingemann H (2008). ”Infusion of the allogeneic cell line NK-92 in patients with advanced renal cell cancer or melanoma: a phase I trial”. Cytotherapy. 10 (6): 625–32. doi:10.1080/14653240802301872. PMID 18836917.
  41. Tonn T, Becker S, Esser R, Schwabe D, Seifried E (August 2001). ”Cellular immunotherapy of malignancies using the clonal natural killer cell line NK-92”. Journal of Hematotherapy & Stem Cell Research. 10 (4): 535–44. doi:10.1089/15258160152509145. PMID 11522236.
  42. Matosevic, S (2018). ”Viral and Nonviral Engineering of Natural Killer Cells as Emerging Adoptive Cancer Immunotherapies”. J Immunol Res. 2018: 4054815. doi:10.1155/2018/4054815. PMC 6166361. PMID 30306093.
  43. Vari F, Arpon D, Keane C, Hertzberg MS, Talaulikar D, Jain S, Cui Q, Han E, Tobin J, Bird R, Cross D, Hernandez A, Gould C, Birch S, Gandhi MK (April 2018). ”Immune Evasion via PD-1/PD-L1 on NK Cells and Monocyte/Macrophages Is More Prominent in Hodgkin Lymphoma Than DLBCL”. Blood. 131 (16): 1809–1819. doi:10.1182/blood-2017-07-796342. PMC 5922274. PMID 29449276.
  44. Alter G, Heckerman D, Schneidewind A, Fadda L, Kadie CM, Carlson JM, Oniangue-Ndza C, Martin M, Li B, Khakoo SI, Carrington M, Allen TM, Altfeld M (August 2011). ”HIV-1 adaptation to NK-cell-mediated immune pressure”. Nature. 476 (7358): 96–100. doi:10.1038/nature10237. PMC 3194000. PMID 21814282.
  45. Yokoyama WM, Sojka DK, Peng H, Tian Z (2013-01-01). ”Tissue-resident natural killer cells”. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 78: 149–56. doi:10.1101/sqb.2013.78.020354. PMID 24584057.
  46. Sojka DK, Plougastel-Douglas B, Yang L, Pak-Wittel MA, Artyomov MN, Ivanova Y, Zhong C, Chase JM, Rothman PB, Yu J, Riley JK, Zhu J, Tian Z, Yokoyama WM (January 2014). ”Tissue-resident natural killer (NK) cells are cell lineages distinct from thymic and conventional splenic NK cells”. eLife. 3: e01659. doi:10.7554/elife.01659. PMC 3975579. PMID 24714492.
  47. Dogra P, Rancan C, Ma W, Toth M, Senda T, Carpenter DJ, Kubota M, Matsumoto R, Thapa P, Szabo PA, Li Poon MM, Li J, Arakawa-Hoyt J, Shen Y, Fong L, Lanier LL, Farber DL (February 2020). ”Tissue Determinants of Human NK Cell Development, Function, and Residence”. Cell. 180 (4): 749–763. e13. doi:10.1016/j.cell.2020.01.022. PMC 7194029. PMID 32059780.
  48. Hudspeth K, Donadon M, Cimino M, Pontarini E, Tentorio P, Preti M, Hong M, Bertoletti A, Bicciato S, Invernizzi P, Lugli E, Torzilli G, Gershwin ME, Mavilio D (January 2016). ”Human liver-resident CD56(bright)/CD16(neg) NK cells are retained within hepatic sinusoids via the engagement of CCR5 and CXCR6 pathways”. Journal of Autoimmunity. 66: 40–50. doi:10.1016/j.jaut.2015.08.011. PMC 4718768. PMID 26330348.
  49. Fasbender F, Widera A, Hengstler JG, Watzl C (2016). ”Natural Killer Cells and Liver Fibrosis”. Frontiers in Immunology. 7: 19. doi:10.3389/fimmu.2016.00019. PMC 4731511. PMID 26858722.

Luettavaa:

  • Perera Molligoda Arachchige A. S. (2021). Human NK cells: From development to effector functions. Innate immunity, 17534259211001512. Advance online publication. https://doi.org/10.1177%2F17534259211001512
  • Cellular and Molecular Immunology by Abul K. Abbas & Andrew Lichtman Saunders Copyright 2003
  • How the Immune System Works, 2nd edition, by Lauren Sompayrac, PhD Blackwell Publishing 2003
  • Immunobiology: The Immune System In Health And Disease by Janeway, Travers, Walport & Shlomchik Churchchill Livingstone Copyright 2005
  • Kuby Immunology, 6th edition, by Thomas J. Kindt, Richard A. Goldsby, and Barbara A. Osborne, W.H. Freeman and Company, New York




Sukupuolen ja vanhenemisen vaikutus koronainfektioon

Tiziana Ciarambino, Ombretta Para, and Mauro Giordano

Saatteeksi

COVID-19-taudin vakavuudessa on havaittu sukupuolten välisiä eroja. Tämän katsauksen tarkoituksena on selvittää eroja COVID-19-infektion tuottamassa immuunivasteessa. Tutkimuskatsauksessa siteeratut tutkimukset on julkaistu PubMed-tietokannassa ennen 30. lokakuuta 2020.

Naisilla on miehiin verrattuna enemmän tulehdus-, virus- ja vasta-ainevälitteisiä immuunivasteita. Estrogeenin uskotaan lievittävän SARS-COV-2 -taudin oireita. Miehillä testosteroni heikentää rokotusvastetta ja lisää tulehduksellista sytokiinivastetta. Iäkkäillä potilailla ja erityisesti vanhemmilla naispotilailla immuunijärjestelmän toiminnallisen heikkenemisen on raportoitu kehittyvän asteittain.

Keskeiset huomiot:

  • Naisilla on parempi vastustuskyky viruksille, bakteereille, sienille ja loisille kuin miehillä.
  • Naisten luontaisen (innate) immuunijärjestelmän vaste patogeeneille on parempi kuin miehillä.
  • Naisilla muodostuu vähemmän tulehdusvälittäjäaineita ja enemmän immuunijärjestelmän toimintaa sääteleviä ja tulehduksia hillitseviä molekyylejä.
  • Naisten parempi suoja virus- ja mikrobi-infektioita vastaan johtuu X-kromosomista ja sukupuolihormoneista, jotka moduloivat luontaisen ja adaptiivisen immuunijärjestelmän toimintaa.
  • COVID-19 infektioon sairastuneiden naisten korkeat estrogeenipitoisuudet vähentävät vakavan sairauden ja kuolleisuuden riskiä luontaisen ja vasta-ainevälitteisen immuunijärjestelmän välityksellä.
  • Miesten vakavan koronainfektion ja siihen liittyvän kuoleman riski on korkeampi kuin naisilla.
  • COVID-19 infektion vakavuus assosioituu tulehdusta välittävien sytokiinien ja immuunisolujen pitoisuuksiin.

Johdanto

Maailman terveysjärjestö (WHO) määritteli uuden SARS-CoV-2-koronaviruksen aiheuttaman taudin pandemiaksi 11. maaliskuuta 2020. Tartunnan saaneiden ikä vaihtelee 4 viikon ikäisestä yli 90 vuoteen. Tartuntoja on kuitenkin havaittu vähän lapsilla ja imeväisillä. [1]

Miehillä esiintyvien tartuntojen osuus on 59–68% rekisteröidyistä tartunnoista [2]. Miesten koronakuolleisuus on naisia korkeampi. Yli 75-vuotiailla potilailla on usein iän heikentämä immuunijärjestelmä, minkä seurauksena he ovat alttiimpia infektioille ja niiden aiheuttamille komplikaatioille [3,4].

COVID-19-potilaiden kuolleisuus on naisilla 2,8% ja miehillä 4,7% [5]. Italiassa miespotilaiden osuus koronaan kuolleista on 65% kaikista koronainfektion aiheuttamista kuolemantapauksista. [6]. Miesten riski kuolla koronaan on 1,79-kertainen naisiin verrattuna [7]. Jokaista koronaan kuollutta naista kohden koronaan on kuollut 1,5-2 miestä [8].

Immuunivasteen laatu ja laajuus voivat vaihdella miehillä ja naisilla, ennen ja jälkeen naisen vaihdevuosien sekä iäkkäillä aikuisiin ja lapsiin verrattuna. Naisten immuunivaste on vahvempi ennen vaihdevuosia kuin vaihdevuosien jälkeen, mutta yleensä vahvempi kuin lapsilla ja miehillä [9].

COVID-19-infektion sukupuolieroihin vaikuttavat monet tekijät, kuten genetiikka, elämäntapaerot, samanaikaiset sairaudet, hormonit, immuunijärjestelmä ja ikääntyminen [10,11].

Immuunivasteen erot sukupuolen mukaan

Sukupuolihormoneilla (testosteronilla ja estrogeenillä) on erilainen rooli immuunivasteissa [12]. Estrogeenireseptoreita (ERα ja ERβ) ekspressoidaan useissa immuunisoluissa (T- ja B-lymfosyytit, luonnolliset tappajasolut, makrofagit, dendriittisolut (DC) ja neutrofiilit).

Estrogeeni estää T- ja B -solujen lymfopoieesin (lymfosyyttien muodostumisen), aktivoi B -soluja ja vaikuttaa T -solujen kehitykseen. Estrogeeni säätelee useita sytokiinejä (kuten interleukiini (IL) -1, IL-10 ja interferoni-y (INFγ)), jotka osallistuvat immuunivasteteen säätelyyn. Vaikka estrogeenillä on immuunijärjestelmää stimuloivia rooleja, progesteroni ja androgeenit tukahduttavat immuunijärjestelmän ja estävät estrogeenin vaikutuksen alaisia reittejä.

Progesteroni lisää erityisesti IL-4:ää, vähentää IFN-y T-auttajasolutyypin 1 (Th1) vasteita ja vähentää T-solujen lisääntymistä sekä T-soluista riippuvaisia vasta-ainevasteita. CD8 T-soluissa progesteroni vähentää IFN-y:tä ja sytotoksisuutta.

Keltarauhashormoni eli progesteroni on naissukupuolihormoni, jota erittyy keltarauhasesta ja istukasta. Se muokkaa estrogeenin myötävaikutuksella kohdun limakalvoa kuukautiskierron lopulla ja raskauden aikana sikiön kasvulle sopivaksi.


Androgeeneilla on immuunivastetta estävä vaikutus. Testosteroni voi altistaa miehet laajalle levinneelle COVID-19-infektiolle. Alhaiset seerumin T -lymfosyyttien tasot kasvattavat miesten ja erityisesti ikääntyneiden miesten riskiä sairastua vakavampaan koronainfektioon ja kuolla COVID-19-tautiin.

Sukupuolihormonit voivat vaikuttaa immuunisolujen toimintaan vaikuttamalla immuunisolujen määrään [12]. Ikääntyminen muuttaa sukupuoleen liittyvää immuuniprofiilia mm. hormonitasojen laskun vaikutuksesta [16].

Androgeenit eli mieshormonit ovat molemmilla sukupuolilla esiintyviä sukupuolihormoneihin kuuluvia steroidihormoneja, jotka aiheuttavat molemmille sukupuolille miehisinä pidettyjä piirteitä ja käynnistävät poikien sukupuolitunnusmerkkien kehittymisen. Androgeeneja muodostuu molemmilla sukupuolilla lisämunuaisen kuorikerroksessa. Naisilla myös munasarjat erittävät jonkin verran androgeenejä. Androgeeneillä on tärkeä anabolinen eli kehoa rakentava vaikutus läpi elämän.

Immuunivasteen erot eri ikäisillä

Ikääntyminen vaikuttaa immuunivasteeseen. Myös immuunijärjestelmä vanhenee ikääntymisen vaikutuksesta (immunosenesenssi). Yksi ikääntyvän immuunijärjestelmän piirre on kroonisesti heikko tulehdusta edistävä tila.

Yksi ikääntyvän immuunijärjestelmän keskeisistä muutoksista liittyy kroonisesti heikentyneeseen tulehdusta edistävään tilaan. Tämän vaikutus on suurempi naisilla kuin miehillä [17]. Ilardi et al. [18] havaitsi, että sukupuoli ja ikääntyminen ovat COVID-19-infektion riskitekijöitä. Erityisesti immuunijärjestelmän ikääntyminen on tärkeä tekijä ikääntyneiden COVID-19-alttiuden kasvulle sekä heikentyneille rokotusvasteille.

Fysiologiseen ikääntymiseen liittyy subkliininen, systeeminen ja krooninen matala-asteinen tulehdus, jolle on tunnusomaista akuutin vaiheen proteiinien (CRP, C-reaktiivinen proteiini) ja tulehdusta edistävien sytokiinien (TNF-α, IL-6 ja IL-8) lisääntyminen [21, 22, 23]. Ikääntymisen seurauksena ihmisillä havaitaan muutoksia solujen rakenteessa ja solujen toiminnassa [18,24].

Vanhemmilla naispotilailla (> 65 -vuotiaat) havaitaan lisääntynyt T- ja B -solujen esiintyvyys, kun iäkkäillä miehillä vasta-ainevälitteiseen immuniteettiin osallistuvien B-solujen (CD19+) määrät olivat selvästi matalammat [26, 27]. Tutkimuksissa on havaittu iän vaikuttavan CD27+ B-muistisolujen määrään [28].  Immunoglobuliini M (IgM) B-muistisolujen esiintymistiheys oli vähentynyt [29] tai ennallaan ikääntymisen seurauksena [30], mutta ikääntyminen liittyi selvästi heikompaan vasta-aineiden eritykseen.

CD8+ T-solut puhdistavat elimistöstä virustartunnan saaneita soluja [32] ja edistävät virusspesifisten vasta-aineiden [33] tuotantoa. Nämä immunologiset tekijät estävät solunulkoisia viruksia infektoimasta soluja [34]. Naiivien T -solujen määrä kuitenkin laskee ikääntyneillä. CD8+ T-solujen vähenemistä havaittiin sekä miehillä että naisilla [35].

T-solujen väheneminen liittyy toiminnallisten epiteelisolujen asteittaiseen korvaamiseen rasva- ja arpikudoksella [36], kateenkorvan surkastumiseen (involuutio) ja T-solujen immunosenesenssiin (immuunijärjestelmän heikkenemiseen vanhenemisen seurauksena) [37].

Kaiken ikäisillä naisilla havaitaan miehiin verrattuna tehokkaammin toimiva kateenkorva [38]. Immunosenesenssiin liittyy myös: ikääntyneen immuunijärjestelmän vähentynyt luonnollisten tappajasolujen sytotoksisuus (NKCC), lyyttisen aktiivisuuden heikkeneminen ja sytokiini- ja kemokiinituotannon väheneminen [39].

Beyer et al. [40] raportoi, että 18–64 -vuotiaille naisille kehittyy vahvempi vasta-ainevaste pienemmällä rokoteannoksella. Naisten puolikkaasta influenssarokotusannoksesta saama immuunivaste vastaa miesten koko rokotusannoksesta saamaa vasta -ainevasetta.

Wang et al. [41] osoitti, että vanhemmilla naisilla influenssarokotukset assosioituvat miehiin verrattuna alhaisempaan sairaalahoidon tarpeeseen ja kuolleisuuteen.

Miehillä havaittu ikääntymiseen liittyvä asteittainen testosteronipitoisuuden lasku voi edistää soluvaurioita ja tulehduksia [42].


COVID-19 ja immuunijärjestelmä

COVID-19-infektion kliiniset oireet voivat johtua synnynnäisen immuunivasteen ja viruksen aiheuttamien suorien sytopaattisten vaikutusten yhdistelmästä kun adaptiivinen immuunivaste ei pysty poistamaan virusta.

Vakavissa COVID-19-infektioissa potilailla on merkittävästi korkeampia tulehdusta edistävien sytokiinien ja kemokiinien pitoisuuksia plasmassa sekä samanaikaisesti heikentynyt T-solu- ja vasta-ainevaste [43]. Sytokiinien (esim. IL-6) määrän lisääntymisestä on päätelty, että luontaisen immuunijärjestelmän aiheuttama ”sytokiinimyrsky” on tärkein syy COVID-19-infektion aiheuttamiin hengenvaarallisiin oireisiin, kuten hengityksen lamaantumiseen ja elimellisiin vaurioihin [44].

Myös immuunivasteen sääntelyn heikentyminen liittyy infektion vakavuuteen [45].

Taudin vakavuus assosioituu usein T-solujen pitoisuuden laskuun veressä [45]. Miehillä ikääntymiseen liittyvä tulehdusvaste (inflamm-aging) on yleensä voimakkaampi kuin naisilla.

Inflamm-aging/inflammaging: Tulehduksellinen ikääntyminen tarkoittaa kroonista matala-asteista tulehdusta, joka kehittyy iän myötä. Sen uskotaan nopeuttavan biologisen ikääntymisen prosessia ja pahentavan monia ikääntymiseen liittyviä sairauksia. Immuunijärjestelmä heikkenee ihmisen vanhetessa. Tämä vaikuttaa adaptiivisen immuunijärjestelmän toimintaa heikentävästi. Immuunijärjestelmän tuottamien lymfosyyttien määrä vähenee ja kypsien lymfosyyttien koostumus ja laatu muuttuvat. Kun adaptiivisen immuunijärjestelmän tehokkuus heikkenee, synnynnäisten (innate) immuunimekanismien aktivaatio lisääntyy. Tähän liittyy suurempi määrä luonnollisia tappajasoluja (NK) ja lisääntynyt tulehdusta edistävien sytokiinien tuotanto. Synnynnäisen immuunijärjestelmän aktivaatio heikentää tulehduksen kehittymistä vanhuksilla. Tulehdus määritellään matala -asteiseksi, krooniseksi, kontrolloiduksi ja oireettomaksi tulehdukseksi, joka ilmenee ilman infektiota ja johtuu pääasiassa endogeenisistä signaaleista. Tulehdusvasteen ikääntymiseen liittyviä avainmolekyylejä ovat kohonneet tulehdusta edistävät sytokiinit, erityisesti IL-6, TNFα ja C-reaktiivinen proteiini (CRP). Tämä krooninen tulehdustila vaikuttaa haitallisesti terveyteen, edistää biologista ikääntymistä ja ikään liittyvien patologioiden kehittymistä. Inflamm-aging vaikuttaa mm. Alzheimerin taudin, ateroskleroosin, tyypin II diabeteksen ja kroonisten sydäntautien kehittymiseen ja niiden etenemiseen. On arveltu, että yksi syy tulehdusreaktion ikääntymiseen on vaurioituneista soluista kertyvien väärin sijoitettujen ja väärin toimivien autoreaktiivisten molekyylien kumuloituminen kehoon. Nämä molekyylit tunnistavat synnynnäisten immuunisolujen reseptorit, mikä johtaa niiden aktivoitumiseen ja edelleen tulehdukseen. Solukomponentteja, jotka voivat stimuloida synnynnäisiä soluja, ovat mikroRNA:t, mitokondrioiden DNA ja histonit. Ikääntyvät solut lisääntyvät vanhenemisen myötä ja erittävät tulehdusta edistävää kemikaalien sekoitusta, joka tunnetaan nimellä ikääntymiseen liittyvä eritysfenotyyppi (SASP). Tulehdusreaktion ikääntymiseen liittyy myös sytomegalovirusinfektio. Sytomegalovirus lisää useiden tulehduksellisten sytokiinien tuotantoa ja johtaa myös CMV -spesifisten T -solujen laajentumiseen. Muita mahdollisia tekijöitä, jotka voivat johtaa tulehdusreaktion ikääntymiseen, ovat aliravitsemus, muuttunut suoliston mikrobiomi, heikentynyt suoliston epiteelisuoja ja krooninen stressi, joita voi esiintyä missä elämänvaiheessa tahansa. Myös rasvakudos voi erittää sytokiinejä, joilla on tulehduksellisia ominaisuuksia.


Vanhenevien solujen kumuloituminen voi selittää tulehduksen lisääntymistä keuhkoissa [46]. COVID-19 vaikuttaa elinvaurioihin, ja se voi infektoida endoteelisoluja ja kiertää verenkierrossa elimistön läpi [47]. COVID-19-potilaiden keuhkoista on todettu vakavia endoteelivaurioita [48,49] Siten vanhentuneiden solujen lisääntynyt läsnäolo voi altistaa vakavan COVID-19: n kehittymiselle seuraavilla kahdella ehdolla:

  • Heikentynyt immuunisolujen poistuminen [50].
  • Kasvava viruskuorma

Naiset ja virusinfektiot

Naiset sairastuvat suhteessa useammin autoimmuunisairauksiin, kun taas miehet ovat alttiimpia tartuntataudeille [11]. Eroja havaitaan sairauksien vakavuuden ja esiintyvyyden suhteen [51]

Todennäköisesti naisten alttiuden vähentyminen virusinfektioille johtuu X-kromosomin ja sukupuolihormonien suojaavasta vaikutuksesta [51]. Immuunivaste virusinfektioille on erilainen naisilla ja miehillä [11]. Tutkimuksissa on havaittu, että naisilla on virusinfektioiden aikana suurempi tulehdus-, virus- ja humoraalinen immuunivaste kuin miehillä [52], Steroideilla voi olla ratkaiseva rooli tulehdussolujen toiminnassa ja immuunivasteen säätelyssä [53]. Steroidit säätelevät seuraavia toimia:

  • Androgeenireseptoreihin vaikuttavia immuunitoimintoja hillitsevä rooli [54].
  • Tukahduttaa immuunisolujen toimintaa vähentämällä tulehdusta ja edistämällä anti-inflammatorisia välittäjiä [54].

Nämä vasteet auttavat parantamaan virusten, kuten SARS-CoV-2, hävittämistä naispotilailla. Havainnot tukevat tutkimuksia, joissa naisilla todettiin miehiä korkeampia vasta -ainetasoja [55]. Testosteroni heikentää rokotusvastetta, kun taas estrogeeni voi auttaa SARS-COV-2 -infektion torjunnassa [56-58].

ACE-2 ja sukupuolierot

SARS-CoV-2 infektoi soluja kiinnittymällä solujen ACE2-reseptoreihin. Angiotensiiniä tuottavan entsyymi 2 (ACE-2) on COVID-19-tartunnan ensisijainen reitti. Se sijaitsee X -kromosomissa. Naisilla voi olla enemmän ACE2-entsyymiä. Sitä ilmenee keuhkoissa, munuaisissa, sydänlihaksessa, ruoansulatuskanavassa ja lisääntymiselimissä.

Edelleen on epäselvää, miksi ACE-2:n suurempi ilmentyminen naispotilailla ei assosioidu vakaviin infektiotapauksiin ja huonompaan taudin ennusteeseen. ACE-2, joka edustaa infektioreittiä, aiheuttaa myös useita immunomoduloivia vaikutuksia, jotka voivat selittää vähemmän vakavia kliinisiä oireita.

ACE2-entsyymin vaikutukset eivät vaikuta pelkästään angiotensiini I:n konversioon, vaan myös immunomodulaatioon (immuunijärjestelmän säätelyyn) ja keuhkovaurioiden ehkäisyyn, joilla on naispotilaita suojaava vaikutus [59].

Mitä rokotuksista tiedetään?

Tehokas rokote on paras pitkäaikainen suoja COVID-19-infektiolta. Kaksi ensisijaista tekijää COVID -rokotteen tehokkuuden määrittämiseksi ovat seuraavat:

  • Serokonversion määrittelemä suoja infektiolta. (Serokonversio tarkoittaa spesifisten vasta-aineiden kehittymistä veriseerumissa infektion tai immunisoinnin seurauksena. Kun serokonversio on tapahtunut, vasta-aineet voidaan havaita taudin verikokeissa.)
  • Vakavia kliinisiä oireita estävä vaikutus.

Rokotukset ovat tarpeellisia tartuntaketjujen katkaisemiseksi ja epidemian tukahduttamiseksi. Ne täydentävät antiviraalista hoitoa virusten aiheuttamien epidemioiden hallinnassa. COVID-19-rokotteessa on keskeistä isäntä-koronavirus-vuorovaikutus ja suojaava immuunimekanismi [60].

Cocktail-rokotestrategia voi indusoida immuniteetin, joka suojaa isäntää S-ACE2-vuorovaikutukselta estämällä viruksen pääsyn isäntäsoluihin. Tämä voi suojata muita ei-rakenteellisia adhesiiniproteiineja (esim. Nsp3) vastaan, mitkä edistävät solujen infektoitumista ja virusten lisääntymistä [61].

Rokotevaste sukupuolen mukaan:

331 kiinalaisen SARS-CoV-2-infektiota sairastavan potilaan tutkimus osoitti, että anti-SARS-CoV-2-immunoglobuliini G (IgG) -vasteet liittyivät sairauden vakavuuteen. Sairaudesta toipuneiden sukupuolijakauma oli: 35 % miehiä ja 65 % naisia [52]. SARS-CoV-2-vastaiset IgG-tiitterit olivat sukupuolen mukaan vastaavia potilailla, joilla oli lievä COVID-19-tauti. Vakavaa tautia sairastavilla naispotilailla oli parempi vasta -ainevaste kuin miehillä ja vasta -aineita syntyi naisilla taudin varhaisemmissa vaiheissa. Nämä tulokset ovat johdonmukaisia muiden tutkimusten kanssa, joissa naisilla havaittiin miehiä korkeampia vasta -ainetasoja (mukaan lukien enemmän toiminnallisia vasta -aineita) [62].

Voimakkaampi immuunivaste voi altistaa naiset herkemmin autoimmuunisairauksille. Vahvempi immuunivaste voi myös lisätä rokotteiden haittavaikutuksia [57]. Jotkut näistä eroista voivat liittyä hormonaalisiin eroihin, kuten estrogeeni- ja testosteronitasoihin [56].

On raportoitu, että testosteroni heikentää rokotusvastetta [58].

Päätelmä

Virusinfektioon liittyvä inflammaation lisääntyminen ikääntyneillä assosioituu ylireagoivaan immuunivasteeseen, joka kasvattaa vakavan sairauden, keuhko- ja muiden elinten vaurioiden sekä kuolleisuuden riskiä.

COVID-19-tutkimukset osoittavat, että immuunijärjestelmällä on ratkaiseva rooli taudin vakavuuden määrittymisessä. Korkeammat anti-S- ja anti-N-IgG- ja IgM-tiitterit assosioituvat vakavampiin kliinisiin oireisiin ja potilaan ikään [63], mikä viitta vasta-aineiden mahdollisesti haitallisiin vaikutuksiin joillain potilailla.

Artikkelin lähdeaineisto

Lähde: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8188967/

1. Dong E, Du H, Gardner L. An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time. Lancet Infect Dis 2020; 20(5): 533–553. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

2. Yu Y, Shi Q, Chen H. Clinical trial analysis of 2019-nCoV therapy registered in China. J Med Virol 2020; 92(7): 711–712. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

3. Guzik TJ, Mohiddin SA, Dimarco A, et al.. COVID-19 and the cardiovascular system: implications for risk assessment, diagnosis, and treatment options. Cardiovasc Res 2020; 116(10): 1666–1687. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

4. Li X, Geng M, Peng Y, et al.. Molecular immune pathogenesis and diagnosis of COVID-19. J Pharm Anal 2020; 10(2): 102–108. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

7. Gebhard C, Regitz-Zagrosek VR, Neuhauser HK, et al.. Impact of sex gender on Covid-19 outcomes in Europe. Biol Sex Diff 2020; 11: 29. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

9. Giefing-Kroll C, Berger P, Lepperdinger G, et al.. How sex and age affect immune responses, susceptibility to infections, and response to vaccination. Aging Cell 2015; 14(3): 309–321. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

10. Bartz D, Chitnis T, Kaiser UB, et al.. Clinical advances in sex-and gender-informed medicine to improve the health of all: A review. JAMA Int Med 2020; 180: 574–583. [PubMed] [Google Scholar]

11. Klein SL, Flanagan KL. Sex differences in immune responses. Nat Rev Immunol 2016; 16(10): 626–638. [PubMed] [Google Scholar]

12. Klein SL, Marriott I, Fish EN. Sex-based differences in immune function and responses to vaccination. Trans R Soc Trop Med Hyg 2015; 109(1): 9–15. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

13. Moulton VR. Sex hormones in acquired immunity and autoimmune disease. Frontiers Immun 2018; 9: 2279. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

14. Ortona E, Pierdominici M, Rider V. Editorial: Sex hormones and Gender differences in immune responses. Front Immunol 2019; 10: 1076. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

15. Giagulli VA, Guastamacchia E, Magrone T, et al.. Worse progression of COVID-19 in men: Is testosterone a key factor? Andrology 2021; 9(1): 53–64. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

16. Márquez EJ, Chung CH, Marches R, et al.. Sexual-dimorphism in human immune system aging. Nat Commun 2020; 11(1): 751. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

17. Fink AL, Klein SL. Sex and gender impact immune responses to vaccines among the elderly. Physiology 2015; 30(6): 408–416. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

18. Ilardi A, Politi C, Ciarambino T. COVID-19: Could sex and age be a risk factor? Minerva Med. Epub ahead of print 20 July 2020. DOI: 10.23736/S0026-4806.20.06705-1. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

19. Molony RD, Malawista A, Montgomery RR. Reduced dynamic range of antiviral innate immune responses in aging. Exp Gerontol 2018; 107: 1305. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

20. Lord JM. The effect of ageing of the immune system on vaccination responses. Hum Vaccin Immunother 2013; 9(6): 1364–1367. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

21. Bartlett DB, Firth CM, Phillips AC, et al.. The age-related increase in low-grade systemic inflammation (Inflamm-aging) is not driven by cytomegalovirus infection. Aging Cell 2012; 11(5): 912–915. [PubMed] [Google Scholar]

22. Franceschi C, Bonafe M, Valensin S, et al.. Inflamm-aging. An evolutionary perspective on immunosenescence. Ann N Y Acad Sci 2000; 908: 244–254. [PubMed] [Google Scholar]

23. Hazeldine J, Lord JM. Immunesenescence: a predisposing risk factor for the development of COVID-19? Front Immunol 2020; 11: 573662. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

24. Ucar D, Marquez EJ, Chung CH, et al.. The chromatin accessibility signature of human immune aging stems from CD8(+) T cells. J Exp Med 2017; 214(10): 3123–3144. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

25. Bienvenu LA, Noonan J, Wang X, et al.. Higher mortality of COVID-19 in males: sex differences in immune response and cardiovascular comorbidities. Cardiovas Res 2000; 116: 2197–2206. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

26. Hirokawa K, Utsuyama M, Hayashi Y, et al.. Slower immune system aging in women versus men in the Japanese population. Immun Ageing 2013; 10(1): 19. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

27. Ademokun A, Wu YC, Dunn-Walters D. The ageing B cell population: composition and function. Biogerontology 2010; 11(2): 125–137. [PubMed] [Google Scholar]

28. Veneri D, Ortolani R, Franchini M, et al.. Expression of CD27 and CD23 on peripheral blood B lymphocytes in humans of different ages. Blood Transfus 2009; 7(1): 29–34. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

29. Shi Y, Yamazaki T, Okubo Y, et al.. Regulation of aged humoral immune defense against pneumococcal bacteria by IgM memory B cell. J Immunol 2005; 175: 3262–3267. [PubMed] [Google Scholar]

30. Frasca D, Landin AM, Lechner SC, et al.. Aging down-regulates the transcription factor E2A, activation-induced cytidine deaminase, and Ig class switch in human B cells. J Immunol 2008; 180: 5283–5290. [PubMed] [Google Scholar]

31. Frasca D, Nguyen D, Riley RL, et al.. Effects of aging on proliferation and E47 transcription factor activity induced by different stimuli in murine splenic B cells. Mech Ageing Dev 2003; 124(4): 361–369. [PubMed] [Google Scholar]

32. Channappanavar R, Fett C, Zhao J, et al.. Virus-specific memory CD8 T cells provide substantial protection from lethal severe acute respiratory syndrome coronavirus infection. J Virol 2014; 88: 11034–11044. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

33. Channappanavar R, Zhao J, Perlman S. T cell-mediated immune response to respiratory coronaviruses. Immunol Res 2014; 59: 118–128. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

34. Sok D, Burton DR. Recent progress in broadly neutralizing antibodies to HIV. Nat Immunol 2018; 19(11): 1179–1188. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

35. Olson NC, Doyle MF, Jenny NS, et al.. Decreased naive and increased memory CD4(+) T cells are associated with subclinical atherosclerosis: the multi-ethnic study of atherosclerosis. PLoS ONE 2013; 8(8): e71498. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

36. Yang H, Youm YH, Sun Y, et al.. Axin expression in thymic stromal cells contributes to an age-related increase in thymic adiposity and is associated with reduced thymopoiesis independently of ghrelin signaling. J Leukoc Biol 2009; 85(6): 928–938. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

37. Fagnoni FF, Vescovini R, Passeri G, et al.. Shortage of circulating naive CD8(+) T cells provides new insights on immunodeficiency in aging. Blood 2000; 95: 2860–2868. [PubMed] [Google Scholar]

38. Clave E, et al.. Human thymopoiesis is influenced by a common genetic variant within the TCRA-TCRD locus. Science Translational Med 2018; 10(457): eaao296. [PubMed] [Google Scholar]

39. Mariani E, Pulsatelli L, Meneghetti A, et al.. Different IL-8 production by T and NK lymphocytes in elderly subjects. Mech Ageing Dev 2001; 122: 1383–1395. [PubMed] [Google Scholar]

40. Beyer WE, Palache AM, Kerstens R, et al.. Gender differences in local and systemic reactions to inactivated influenza vaccine, established by a meta-analysis of fourteen independent studies. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 1996; 15(1): 65–70. [PubMed] [Google Scholar]

41. Wang CS, Wang ST, Chou P. Efficacy and cost-effectiveness of influenza vaccination of the elderly in a densely populated and unvaccinated community. Vaccine 2002; 20: 2494–2499. [PubMed] [Google Scholar]

42. Márquez EJ, Trowbridge J, Kuchel GA, et al.. The lethal sex gap: COVID-19. Immun Age 2020; 17: 13. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

43. Huang C, Wang Y, Li X, et al.. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet 2020; 395: 497–506. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

44. Mehta P, McAuley DF, Brown M, et al.. COVID-19: Consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet 2020; 395: 1033–1103. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

45. Qin C, Zhou L, Hu Z, et al.. Dysregulation of immune response in patients with COVID-19 in Wuhan, China. Clin Infect Dis 2020; 71: 762–768. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

46. Parikh P, Wicher S, Khandalavala K, et al.. Cellular senescence in the lung across the age spectrum. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2019; 316: L826–L842. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

47. Varga Z, Flammer AJ, Steiger P, et al.. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. Lancet 2020; 395: 1417–1141. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

48. Ackermann M, Verleden SE, Kuehnel M, et al.. Pulmonary vascular endothelialitis, thrombosis, and angiogenesis in Covid-19. N Engl J Med 2020; 383: 120–112. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

49. Beacon TH, Su RC, Lakowski TM, et al.. SARS-CoV-2 multifaceted interaction with the human host. Part II: Innate immunity response, immunopathology, and epigenetics. IUBMB Life 2020; 72: 2331–2354. [PubMed] [Google Scholar]

50. Vukmanovic-Stejic M, Chambers ES, Suarez-Farinas M, et al.. Enhancement of cutaneous immunity during aging by blocking p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase-induced inflammation. J Allergy Clin Immunol 2018; 142(3): 844–856. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

51. vom Steeg LG, Klein SL. SeXX matters in infectious disease pathogenesis. PLoS Pathog 2016; 12(2): e1005374. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

52. Zeng F, Dai C, Cai P, et al.. A comparison study of SARS-CoV-2 IgG antibody between male and female COVID-19 patients: a possible reason underlying different outcome between gender. medRxiv preprint, 2020, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.26.20040709v1 [PMC free article] [PubMed]

53. Vom Steeg LG, Attreed SE, Zirkin B, et al.. Testosterone treatment of aged male mice improves some but not all aspects of age-associated increases in influenza severity. Cell Immunol 2019; 345: 103988. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

54. Bereshchenko O, Bruscoli S, Riccardi C. Glucocorticoids, sex hormones, and immunity. Front Immunol 2018; 9: 1332. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

55. Klein SL, Jedlicka A, Pekosz A. The Xs and Y of immune responses to viral vaccines. Lancet Infect Dis 2010; 10(5): 338–349. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

56. Ruggieri A, Anticoli S, D’Ambrosio A, et al.. The influence of sex and gender on immunity, infection and vaccination. Ann Ist Super Sanita 2016; 52(2): 198–204. [PubMed] [Google Scholar]

57. Fischinger S, Boudreau CM, Butler AL, et al.. Sex differences in vaccine-induced humoral immunity. Semin Immunopathol 2019; 41(2): 239–249. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

58. Trigunaite A. Suppressive effects of androgens on the immune system. Cell Immunol 2015; 294: 87–94. [PubMed] [Google Scholar]

59. Bhatia K, Zimmerman MA, Sullivan JC. Sex differences in angiotensin-converting enzyme modulation of Ang (1–7) levels in normotensive WKY rats. Am J Hypertens 2013; 26(5): 591–598. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

60. Roper RL, Rehm KE. SARS vaccines: where are we? Expert Rev Vaccines 2009; 8: 887–898. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

61. Ong E, Wong MU, Huffman A, et al.. COVID-19 coronavirus vaccine design using reverse vaccinology and machine learning, 2020, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.20.000141v2 [PMC free article] [PubMed]

62. Potluri T, Fink AL, Sylvia KE, et al.. associated changes in the impact of sex steroids on influenza vaccine responses in males and females. NPJ Vaccines 2019; 4: 29. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

63. Jiang HW, Li Y, Zhang HN, et al.. Global profiling of SARS-CoV-2 specific IgG/IgM responses of convalescents using a proteome microarray. medRxi preprint, 2020, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.20.20039495v1




Ympäristö- ja mikrobitoksiinien, lääkkeiden, orgaanisten liuottimien ja raskasmetallien vaikutukset multippeliskleroosin puhkeamiseen ja etenemiseen

Kliinisten tieteiden laitos, College of Medicine, immuno-onkologinen ryhmä, Sharjahin lääketieteellisen tutkimuksen instituutti (SIMR), Sharjahin yliopisto, Sharjah, United Arab Emirates

28. tammikuuta 2019 / Tarkistettu: 13. helmikuuta 2019 / Hyväksytty: 28. helmikuuta 2019 / Julkaistu: 5. maaliskuuta 2019

Tiivistelmä

Multippeliskleroosi on nuorten aikuisten yleisin neurologinen sairaus. Se aiheuttaa sairastuneen ja tämän läheisten elämään sosiaalisia, terveydellisiä ja taloudellisia haasteita. MS-tauti lisää sosiaali- ja terveyspalvelujen taloudellista taakkaa. Mikä multippeliskleroosin aiheuttaa?

MS-taudin syistä on esitetty monenlaisia väittämiä. Osa väitteistä on hyvin perusteltuja. Sen sijaan eräät MS-taudin syistä esitetyt hypoteesit sotkevat korrelaation ja kausaation keskenään.

Multippeliskleroosi on osoittautunut lääketieteellisesti vaikeaksi ongelmaksi. Kyseessä on oireiltaan ja patologialtaan monimutkainen ja monitekijäinen sairaus. Tautiin vaikuttavia geenimuunnoksia tunnetaan toista sataa. Näiden geenimuutosten erilaiset variantit vaikuttavat eri tavoin eri potilaisiin. Osalla sairastuneista tauti etenee aggressiivisesti ja nopeasti, kun taas toiset voivat elää lähes oireettomasti vuosikymmeniä.

Kaikille MS-tautia sairastaville potilaille sopivaa farmakologista hoitoa on vaikea kehittää, koska tautiin liittyy valtavasti geneettisiä, epigeneettisiä ja ekologisia muuttujia. Multippeliskleroosiin sairastuminen on surullisten sattumusten sarja.

Yritykset ymmärtää MS-taudin etiopatologiaa eivät ole löytäneet vedenpitävää vastausta peruskysymykseen: Mikä MS-taudin aiheuttaa?

Yleisestä epätietoisuudesta syntyy helposti ajatus, että taudin aiheuttaja tunnetaan, mutta sitä ei kerrota, koska MS-potilaat ovat hyvä tulojen lähde lääketeollisuudelle. Se ei varmaankaan ole totta.

Kymmeniä tai satoja taudin etiologiaan liittyviä geenimuunnoksia, epigeneettisiä vaikuttajia ja ympäristötekijöitä on tunnistettu, mutta selkeää vastausta sairauden syistä ja siihen vaikuttavista solutason mekanismeista ei täysin ymmärretä. Tehostuneet tutkimusmenetelmät kuitenkin näkevät tarkemmin ja syvemmälle ihmisen keskushermostoon. Molekyylibiologian ja solujen aineenvaihdunnan tutkimuksen sekä tehostuneiden tutkimusvälineiden myötä käsityksemme taudin syistä ja mekanismeista tarkentuu.

Tässä katsauksessa tutustutaan MS-autoimmuniteetin taustalla vaikuttaviin geneettisiin, epigeneettisiin ja ekologisiin tekijöihin. Katsauksen pääpaino kohdistetaan sellaisten toksiinien, kemikaalien tai lääkkeiden käyttöön, jotka voivat laukaista, muuttaa, hidastaa tai ehkäistä MS-tautia ja siihen liittyviä oireita.

1. Johdanto

Multippeliskleroosi (MS) vaurioittaa keskushermostoa (CNS). Tauti johtaa aivojen ja selkäytimen valkeassa ja harmaassa aineessa primaariseen multifokaaliseen demyelinaatioon ja diffuusiin neurodegeneraatioon [1].

Multifokaalinen demyelinaatio viittaa monesta paikasta alkaviin viejähaarakkeita suojaavien myeliinituppien vaurioihin aivojen valkeassa aineessa (demyelinaatio). Diffuusilla neurodegeneraatiolla tarkoitetaan epätarkkarajaisia ja epäselviä soluvauriota ja -surkastumia erityisesti aivojen harmaassa aineessa (neurodegeneraatio).

Suurin osa MS-tautiin sairastuneista sairastaa aaltomaisesti etenevää, eli relapsoivaa-remittoivaa tautimuotoa, jossa taudin pahenemisvaiheita seuraa toipumis- ja vakausjaksot [2].

Sekä patologiset että radiologiset havainnot viittaavat neuroinflammation ja neurodegeneraation varhaiseen rinnakkaisvaikutukseen taudin patogeneesissa [3].

MS-tauti on eräs yleisimmistä nuorten aikuisten invalidisoitumista aiheuttavista neurologisista häiriöistä [4]. Globaalisti multippeliskleroosia sairastaa arviolta 2,5 miljoonaa ihmistä. Tautiin sairastuvat yleensä nuoret aikuiset. Naisilla tautia esiintyy noin kaksi kertaa enemmän kuin miehillä [5].

Multippeliskleroosi aiheuttaa merkittävän henkilökohtaisen ja sosioekonomisen taakan, sillä suurin osa potilaista tarvitsee apuvälineitä, farmakologista hoitoa, seurantaa ja henkilökohtaista apua [6].

Multippeliskleroosi on arvaamaton sairaus, jonka potilaskohtaisesta etenemisestä voidaan antaa vain tilastollisia suuntaviivoja. Yleisesti ottaen oireiden kirjo ja taudin eteneminen ovat yksilöllisiä. Multippeliskleroosiin vaikuttavat geneettiset, epigeneettiset ja ekologiset tekijät voivat kiihdyttää tai hidastaa taudin kulkua [7].

Vaikka kokeellinen malli taudista on olemassa, se ei selitä taudin vaihtelevia kliinisiä, patologisia tai immunologisia piirteitä [8].

MS-taudin hoito- ja terapiamenetelmät ovat muuttuneet vuosien varrella. Taudin oireita ja pahenemisvaiheita pyritään hillitsemään immuunijärjestelmän toimintaa modifioivilla ja oireenmukaisilla lääkehoidoilla. Toimintakykyä ylläpidetään erilaisilla kuntoutushoidoilla, joiden toivotaan hidastavan sairastuneen invalidisoitumista [9].

Multippeliskleroosin syistä tiedetään edelleen aivan liian vähän. Ymmärrys taudin etiologiasta on pysynyt paljolti samana kuin William Boydin aikana. Boyd totesi vuonna 1958:

”Aikaa ja rahaa, joka on käytetty multippeliskleroosin syy-tekijöiden määrittämiseen, ei voida laskea … tulos on ollut nolla” [10].

Tietämättömyys taudin syistä on omiaan lisäämään villejä arvauksia. Joissain tapauksissa villit arvaukset perustuvat tieteellisesti validiin ja loogisesti koherenttiin päättelyyn. Tällaisissa tapauksissa voidaan havaita vahva korrelaatio jonkin patogeenin tai ymäristötekijän ja MS-taudin väliltä, vaikka kausaatiota ei pystyttäisi osoittamaan.

Esimerkiksi D-vitamiinin puute ja eurooppalainen perimä korreloivat vahvasti MS-taudin kanssa. On saatu vahvaa näyttöä siitä, että odottavan äidin matalat D-vitamiinitasot altistavat lapsen myöhemmin kehittyvälle MS-taudille. Ascherio yms. on tutkinut tätä korrelaatiota varsin kattavasti. Toisaalta on myös havaittu, että odottavan äidin Epstein-Barr-infektio (mononukleoosi) ja sikiön kohonneet IgG-vasta-ainepitoisuudet korreloivat lapsen kasvaneen MS-riskin kanssa.

Interpretation: Offspring of mothers with high viral capsid antigen IgG during pregnancy appear to have an increased risk of MS. The increase in MS risk among women with elevated prediagnostic EBNA-1 IgG levels is consistent with previous results.”

2. Kateenkorva, T-solut & immunologinen toleranssi

Immuunivälitteisellä patogeneesillä on keskeinen rooli MS-taudissa [11]. Huolimatta siitä, että veri-aivoesteen tulisi estää immuunisolujen pääsy keskushermostoon, multippeliskleroosia sairastavien keskushermostosta löydetään merkkejä T-soluista ja B-solujen tuottamia immunoglobuliineja. MS-taudissa veri-aivoeste vuotaa ja päästää lävitseen immuunisoluja [12]. Mekanismi tunnetaan, mutta syistä on vain valistuneita arvauksia.

T-solut kypsyvät ja erilaistuvat kateenkorvasssa (thymus). Kypsyminen tuottaa valtavasti eri antigeeneille herkistyneitä T-soluja. Samalla kehittyy aina jonkin verran autoreaktiivisia T-soluja. Immunologisen toleranssin negatiivisen selektion pitäisi ohjata nämä omille kudoksille herkistyneet T-solut apoptoosiin, eli ohjattuun solukuolemaan.

Autoimmuunitaudeissa myös immunologinen toleranssi falskaa. Immunologisen toleranssin negatiivinen selektio ei jostain syystä poista autoreaktiivisia T-soluja, minkä seurauksena verenkiertoon vapautuu elimistön omille soluille herkistyneitä immuunisoluja. Nämä voivat kohdistaa aktivaationsa kehon omia kudoksia, kuten myeliiniä vastaan.

Kateenkorva ja immunologinen toleranssi vaikuttavat autoimmuunitautien patogeneesiin.

Immunologinen toleranssi tarkoittaa immuunijärjestelmän kykyä olla reagoimatta elimistön omiin kudoksiin ja harmittomiin vieraisiin rakenteisiin. Toleranssin häiriöt voivat johtaa allergioihin tai autoimmuunitauteihin.

Immunologinen toleranssi jaetaan sentraaliseen ja perifeeriseen toleranssiin, ja se on hankinnaisen eli adaptiivisen immuunijärjestelmän ominaisuus. Lymfosyytteihin kuuluvien CD4-positiivisten T-solujen merkitys on tärkeä, sillä niiden erilaistuminen Th1-, Th2- tai Th17-efektorisoluiksi tai säätelijä-T-soluiksi ohjaa koko immuunijärjestelmän toimintaa.

Th1-tyypin immuunivaste on soluvälitteinen. Th2-vasteessa korostuu B-lymfosyyttien IgE-luokan vasta-aineiden tuotanto. Jälkimmäisen yhteys allergioihin tunnetaan hyvin. Th17-vaste tukee neutrofiilien toimintaa ja vahvistaa epiteelejä. Säätelijä-T-solut puolestaan pitävät yllä toleranssia estämällä haitallisia immuunivasteita ja huolehtivat immuunivasteen sammuttamisesta, kun taudinaiheuttaja on saatu hävitetyksi elimistöstä.

T-solujen toiminta perustuu T-solupopulaation kykyyn tunnistaa peptidejä mistä tahansa vieraasta tunkeutujasta mutta olla samalla reagoimatta elimistön omiin rakenteisiin. Yksittäinen T-solu tunnistaa reseptorillaan vain tietyn peptidin sitoutuneena tiettyyn MHC-molekyyliin, mutta T-solupopulaation suuri koko ja reseptorien monimuotoisuus takaavat sen, että minkä tahansa vieraan proteiiniin pilkkomistuotteisiin reagoi ainakin muutama T-solu. Nämä piirteet ovat peräisin T-solujen maturaatiosta kateenkorvassa.

Kateenkorvassa lymfosyyttien esiasteiden kehitys T-soluiksi alkaa T-solureseptoria koodaavien geenisegmenttien uudelleenjärjestelyllä eli rekombinaatiolla. Koska geenisegmenttejä on suuri määrä ja yhdistelyyn liittyy sattumanvaraista epätarkkuutta, rekombinaation tuloksena syntyy antigeenispesifisyydeltään erittäin monimuotoinen kehittyvien T-solujen populaatio. Onnistuneen beetaketjun rekombinaation jälkeen solut jakautuvat muutaman kerran ja alkavat sitten ilmentää pinnallaan CD4- ja CD8-proteiineja.

Positiivinen selektio on välttämätön T-solureseptorin toimivuuden testaamiseksi, mutta sentraalinen toleranssi perustuu reseptorin autoreaktiivisuuden testaamiselle prosessissa, jota kutsutaan negatiiviseksi selektioksi.

Kateenkorvan epiteelisolut tuottavat AIRE-geenin ohjaamina myös sellaisia proteiineja, jotka normaalisti esiintyvät vain tietyissä elimistön osissa, kuten hermostossa tai umpirauhasissa. Näistä elimistön omista proteiineista pilkottuja peptidejä esitellään MHC-molekyyleihin sitoutuneina kehittyville T-soluille. Jos kehittyvä T-solu sitoutuu voimakkaasti oman MHC-molekyylin ja oman peptidin yhdistelmään, solu tulee negatiivisesti valikoituneeksi ja kuolee apoptoottisesti.

Negatiivinen selektio karsii T-solupopulaatiosta voimakkaasti autoreaktiiviset solut ja synnyttää sentraalisen toleranssin. – Duodecim

Tieteellinen yhteisö ei kuitenkaan ole yksimielinen siitä, onko MS klassisen määritelmän mukaan ensisijaisesti autoimmuunisairaus, tulehdustekijöihin liittyvä demyelinoiva tauti, johon liittyy autoimmmuuni-ilmentymiä, mitokondrioiden häiriintyneeseen toimintaan liittyvä neurodegeneratiivinen sairaus vai kaikkia näitä tai jotain näiden väliltä [3].

Havainto, että puolet MS-taudin immuunitoimintaan liittyvistä geneettisistä muunnoksista liittyy myös muiden autoimmuunisairauksien patologiaan, tukee autoimmuunimallia [6,7].

Viime aikoina tautia on kutsuttu prototyyppiseksi autoimmuunikeskushermostosairaudeksi [8, 9, 10], jossa autoimmuunivälitteiset myeliinivauriot liittyvät esimerkiksi epigeneettiseen alttiuteen [11]. Tällaisessa autoimmuunimallissa autoreaktiiviset ja adaptiiviset immuunisolut tunkeutuvat keskushermostoon ja voimistavat keskushermoston aksonivaurioita [12].

CD4+ -T-lymfosyyttejä pidetään laajalti tärkeimpinä toimijoina MS-taudin patogeneesissä [7]. Funktionaalisesti muuttuneiden T-auttajasolujen (alatyypit Th1 ja Th17) ja Treg-solujen sekä muiden leukosyyttipopulaatioiden, kuten luonnollisten tappajasolujen (NK) löydökset MS-tautia sairastavien selkäydinnesteestä (CSF) on hyvin dokumentoitu [13].

Näiden lymfosyyttien toiminnassa havaitaan toiminnallisia vikoja T- ja B-säätelyalaryhmissä sekä tulehdusta edistävää (proinflammatorista) profiilia [14]. Autoreaktiiviset Th17-solut voivat läpäistä veri-aivoesteen (BBB) solujen tiukkoja liitosproteiineja ja endoteelisoluja heikentävien IL-17- ja IL-22-sytokiinien avustamana. Tämä johtaa neutrofiilien aktivaatioon ja hermosolujen vaurioihin [15].

Patogeenisillä Th17-soluilla on heikko FasL-ilmentyminen, joten ne voivat välttää ohjelmoidun solukuoleman (apoptoosin) ja säilyä tulehtuneissa kohdissa [16]. On arveltu, että virusinfektion yhteydessä tapahtuva immuunisolujen aktivaatio voi tuottaa sellaisia autoreaktiivisia ja mahdollisesti enkefalitogeenisiä* T-auttaja (Th) -1/17 -soluja, joita kehittyy selkäydinnesteeeseen (CSF) MS-pahenemisvaiheen jälkeen [14].

*Enkefalitogeenisellä tarkoitetaan myeliiniin aktivoituvaa.

Näiden tunnistettujen vaikuttajien lisäksi on löydetty uusia immuunisoluja, kuten Interleukiini (IL) -9:n tuottamat CD4
+ T-auttajasolut ’Th9’ [17] ja T-auttaja 22 ’Th22’ -solut [18], jotka helpottavat taudin aktivoitumista ja etenemistä. Hiljattain havaittiin myös, että MS-vaurioissa CD8+ T-solut näyttelevät suurempaa roolia kuin CD4+ T-solut. Immuunisolujen klooneja havaittiin sairastuneiden veressä ja selkäydinnesteessä vielä useiden vuosien jälkeen [7].

B-solupopulaatioiden tutkimus MS-plakkeissa paljasti kloonisesti laajentuneiden B-lymfosyyttien kertymisen, mikä osoittaa B-solujen, vasta-aineiden ja sen komplementin keskeisen roolin demyelinaatioprosessissa [19].

Lisäksi dendriittisolut, jotka toimivat antigeeniä esittelevinä soluina (APC) sen lisäksi, että ne ovat efektorisoluja neuro-tulehduksessa, pahentavat MS-patologiaa, mutta APC:n rooli  MS-taudin patogeneesissä tunnetaan epätäydellisesti [7].

Näiden havaintojen perusteella ympäristötekijöiden vaikutus geneettisen alttiuden omaaviin ihmisiin on tärkeää, koska ympäristötekijät voivat laukaista MS-tautiin johtavan vahingollisen kaskadin (reaktioketjun).

Vaikka MS ei ole perinnöllinen sairaus, MS-taudin perhetapausten ryhmittyminen on yleistä sellaisten ensimmäisen asteen sukulaisten keskuudessa, joilla on yhtäläisyyksiä tärkeimmässä histokompatibiilikompleksissaan (MHC), kuten HLA DR15 / DQ6-alleeli, interleukiini-2-reseptori-alfa-geenin alleelit ’IL2RA’ ja interleukiini-7-reseptorialfa-geeni ’IL7Ra’ [20]. Lisäksi jotkut MS-potilaat osoittivat spesifisiä yhden nukleotidin polymorfismeja tällaisissa geeneissä [21].

On havaittu, että nämä geneettiset polymorfismit liittyvät immuunijärjestelmään ja voivat siten lisätä autoimmuunisairauksien alttiutta. Geneettinen taipumus selittää kuitenkin vain murto-osan taudin riskeistä [22]. Vaikka tällä hetkellä yli sadan geenin tiedetään lisäävän MS:n riskiä, ne vaikuttavat vain marginaalisesti [23]. Siksi MS-taudin kehittymiselle on oltava kattavampi selitys.

Alkuperäisvaikutus (eli alleelin fenotyyppinen vaikutus riippuu siitä, onko se peritty yksilön äidiltä vai isältä). MS-taudin korkeampi esiintyvyys naisilla liittyy epigeneettiseen X-kromosomien inaktivaatioon [21], mikä osoittaa epigeneettisten muutosten tutkimisen tärkeyden tällaisilla potilailla. MS-taudissa epigeneettisten mekanismien on osoitettu vaikuttavan T-solutoimintoihin, joissa histoniasetyloinnin raportoitiin esiintyvän keskushermoston valkeassa aineessa, hypermetylaation oligodendrosyyttien eloonjäämisgeeneissä ja hypo-metylaation proteolyyttisissä prosessointigeeneissä [24].

Lisäksi epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet geneettisen alttiuden ja ympäristön välisen vuorovaikutuksen moduloivan immuunijärjestelmän epigenomia [21]. Tällaiset epigeneettiset mekanismit reagoivat helposti ympäristötekijöihin [25,26]. Vaikka geneettiset tai epigeneettiset tekijät voivat johtaa autoimmuniteettiin, mekanismi tunnetaan vielä heikosti.

Yleinen oletus on, että ihmisellä on muuttumaton genomi ja useita muuttuvia epigenomeja. Yhteenveto sellaisista taudin laukaisijoista, joilla voi olla hyödyllisiä ja heikentäviä vaikutuksia multippeliskleroosin puhkeamiseen ja etenemiseen, on lueteltu taulukossa 1 ja kuvattu kuvassa 1.

Kuva 1. Ympäristö- ja mikrobitoksiinien, lääkkeiden, orgaanisten liuottimien ja raskasmetallien hyödylliset ja heikentävät vaikutukset multippeliskleroosin puhkeamiseen ja etenemiseen.

Taulukko 1. Ympäristö- ja mikrobitoksiinien, lääkkeiden, orgaanisten liuottimien ja raskasmetallien hyödylliset ja heikentävät vaikutukset multippeliskleroosin puhkeamiseen ja etenemiseen.

3. Ympäristön ja maantieteellisten tekijöiden vaikutukset

Ympäristövaikutukset muuttavat taudin riskiä ja etenemistä mahdollisesti epigeneettisten vaikutusten välityksellä säätelemällä immuunivastetta ylös- tai alaspäin ja vaikuttamalla hermoston kehitykseen [23, 27].

Altistuminen orgaanisille liuottimille ja alkoholille, runsas kahvin kulutus [22,28 ], infektiot, auringonvalo / D-vitamiini ja tupakointi vaikuttavat MS-tautiin ja sen etenemiseen [29], mutta näiden syy-yhteyden osoittamiseksi ei ole vielä riittävästi tutkimuksia [30].

MS on jakautunut epätasaisesti. Esiintyvyys kasvaa asteittain maantieteellisen leveyspiirin mukaan [31]. Monet ovat epäilleet, että ympäristön saasteiden ja MS-taudin esiintyvyyden välillä olisi positiivinen yhteys. Ympäristöelementtien roolia taudin kehittymisessä on tutkittu laajasti, mutta minkäälaiseen loppupäätelmään ympäristötoksiinien roolista ei olla päästy [32].

MS-taudin maantieteellisestö epätasaisesta jakautumisesta osoittaa mm. se, että Key Westissä Floridassa on epätavallisen suuri multippeliskleroosin esiintyvyys [33]. MS on myös selvästi yleisempää Ison-Britannian ja Pohjois-Irlannin pohjoisosissa ja Skotlannin saaristossa kuin Englannissa ja Walesissa [34]. Tämä viittaa vahvaan yhteyteen maantieteen ja multippeliskleroosin esiintyvyyden välillä [35]. Yhteyttä tukee edelleen Kanadassa tehty tutkimus, jossa osavaltioiden MS-esiintyvyys vaihtelee alueittain, mikä viittaa siihen, että erot taudin esiintyvyydessä voivat johtua paikallisista ympäristötekijöistä [36].

Toisaalta tutkimukset ovat osoittaneet, että MS:n esiintyvyyden pohjoinen / etelä-vaihtelu voi johtua muutoksesta populaatioiden geneettisessä alttiudessa MS-tautiin [37]. Monien ympäristötekijöiden joukossa auringonvalo D-vitamiinin lähteenä näyttelee keskeistä roolia MS-taudin patogeneesissä.

Epidemiologisissa väestötutkimuksissa on johdonmukaisesti osoitettu, että MS-taudin riski on suurempi alueilla, joilla auringonvalo on vähäistä. Ascherio et al. ovat osoittaneet, että odottavan äidin ja sikiön matalat D-vitamiinitasot kasvattavat syntyvän lapsen riskiä sairastua myöhemmin MS-tautiin [38,39]. Johdonmukaiset ja yhdenmukaiset havainnot viittaavat siihen, että D-vitamiinin puutos on MS-taudin riskitekijä [40 ]. Tämä tukee ajatusta D-vitamiinin saannin suojaavista vaikutuksista MS-taudin riskiä laskevana tekijänä [41].

Etelä-Amerikassa autoimmuunitauteja hoidetaan Coimbra-protokollalla, joka perustuu hyvin korkeisiin D-vitamiinin annostuksiin. Sovelsin itseeni Coimbra-protokollaa noin vuoden ajan, mutta en osaa sanoa oliko siitä mitään hyötyä tai haittaa, koska mitään vertailukohtaa ei ole. Viimeisten 5-7 vuoden aikana oma PPMS-tautini on kuitenkin edennyt hyvin hitaasti.

Tutkimusten mukaan D3-vitamiinihoito parantaa kliinisiä oireita kokeellisessa autoimmuunisen enkefalomyeliitin “EAE” -hiirimallissa [42]. On osoitettu, että vastasyntyneen D-vitamiinin matalat pitoisuudet liittyvät lisääntyneeseen MS-riskiin [43]. Esimerkiksi marraskuussa syntyneillä MS-taudin esiintyvyys on vähentynyt merkittävästi, mikä liittyy vastasyntyneiden korkeaan D-vitamiinialtistukseen raskauden kolmannen kolmanneksen aikana suojaavana tekijänä multippeliskleroosia vastaan [44]. D-vitamiinireseptorin (VDR) ilmentyminen on lisäksi estetty MS-taudissa. Ympäristön, genetiikan ja epigeneettisten tekijöiden tiedetään vaikuttavan D-vitamiinin aineenvaihduntaan [45].

D-vitamiinia sitovan proteiinin lisääntyminen MS-potilaiden seerumissa pahentaa taudin patofysiologiaa [46]. On havaittu, että ultraviolettisäteily voi heikentää Th1-välitteisiä immuunivasteita [31] tai vähentää immunostimulatorisen neurohormoni melatoniinin eritystä käpylisäkkeestä [47].

Vuorokausirytmin häiriöt ja vähäinen uni voivat häiritä melatoniinin eritystä ja siten lisätä tulehdusta edistäviä reaktioita. Tämä saattaa antaa selityksen tutkimuksille, jotka yhdistävät MS-taudin, iän ja vuorokausirytmin [48,49]. Tutkimukset osoittavat tilastollisesti merkitsevän yhteyden nuorena tehdyn vuorotyön ja MS-riskin välillä [50,51]. Elämäntapa- ja ympäristötekijät ovat keskeisiä MS-taudin riskiin vaikuttavia tekijöitä [22].

Tästä syystä lisätutkimuksissa olisi keskityttävä MS-taudin mahdollisten juurien selvittämiseen tutkimalla potilaiden elämäntavat (ruokavalio, liikunta jne.) ja niiden vaikutus patogeenisiin tapahtumiin [29].

4. Elintapatottumusten vaikutukset

Tupakointi ja tupakansavu on merkittävä MS-taudin riskiä lisäävä tekijä [52]. Havaintojen mukaan tupakointi nopeuttaa MS-taudin etenemistä ja invalidisoitumista [53]. Tupakoinnin uskotaan kiihdyttävän RRMS-tautimuodon etenemistä toissijaisesti progressiiviseksi MS-taudiksi (SPMS) [54].

Tupakointiin assosioituva riski lisääntyy edelleen HLA-DRB1 * 15-geenimuunnoksen omaavilla tupakoitsijoilla johtuen spesifisestä T-soluvasteesta savulle, joka voi pahentaa geneettisesti säänneltyä makrofagivastetta [55]. Tupakointi ja tupakan savulle altistuminen on osoitettu MS-taudin riskitekijäksi [56].

Jos MS-tautia esiintyy suvussa, tupakointi lisää selvästi sairastumisen riskiä. Sukulaisen sairastuminen MS-tautiin on varoitusmerkki, jonka jälkeen tupakoinnin mielekkyyttä on syytä arvioida uudelleen [57]. Toisaalta on olemassa vahvaa näyttöä puberteetti-ikäisten lihavuuden roolista riskitekijänä, joka lisää MS-tautiin sairastumisen riskiä [22,56].

Edelliset havainnot selittävät omaa sairastumistani. Olin murrosiässä ylipainoinen, aloitin tupakoinnin varhain ja suvussa esiintyy MS-tautia.

MS-taudin esiintyvyyden. vakavuuden ja rasvahappojen saannin välillä on myös dokumentoituja yhteyksiä [58]. Monityydyttymättömät rasvahapot (PUFA) vähensivät relapsien esiintyvyyttä kahden vuoden seurannan aikana [59].

Lisäksi ketogeenisellä ruokavaliolla voi olla suojaavia vaikutuksia, mikä todennäköisesti johtuu solutason vaikutuksista immuunivasteeseen ja oksidatiivista stressiä hillitsevästä vaikutuksesta [60]. Ketogeenisen ruokavalion positiivisista vaikutuksista MS-taudin terapiana olen käsitellyt näissä tutkimuskatsauksissa:

Pilottitutkimus: Ketogeeninen ruokavalio ja RRMS
Ketogeeninen ruokavalio ja PPMS

5. Ravintoaineiden ja suoliston mikrobiomin vaikutukset

MS-tutkimuksen eläinmalleissa havaittiin, että runsas kahvin kulutus saattaa vähentää MS-taudin riskiä tukahduttamalla tulehdusta edistävien sytokiinien tuotantoa [61] ja kofeiinin neuroprotektiivisten ominaisuuksien vuoksi [62]. Kahvi on myös monien suomalaisten tärkein polyfenoleiden lähde. Kahvin on havaittu tehostavan kognitiivisia kykyjä ja suojaavan maksaa.

Alkoholi ja kala liittyvät invalidisoitumisen etenemiseen relapsoivassa remittoivassa MS-taudissa [63]. Myös suuri natriumin saanti voi pahentaa sairauden aktiivisuutta sekä kliinisiä ja radiologisesti havaittavia oireita [64].

Kalan negatiivinen vaikutus MS-taudin oireisiin on herättänyt keskustelua, koska kala mielletään terveelliseksi. Tutustumatta viitattuun tutkimukseen uskon kalan korkeiden raskasmetalli- yms. toksiinipitoisuuksien voivan selittää proinflammatorisia vaikutuksia, jotka pahentavat MS-taudin oireita. Kalan omega-3-rasvahapoilla on tiettävästi neutraali tai oireita hillitsevä vaikutus.

D3-vitamiinin puutteellinen saanti on MS-taudin riskitekijä. Muiden vitamiinien tai mineraalien vaikutuksista MS-taudin puhkeamiseen ei ole riittävää näyttöä [65]. Ruokavalio, D3-vitamiinin puutos, tupakointi ja alkoholin runsas käyttö vaikuttavat suoliston mikrobiomin koostumukseen [66]. Suolen mikrobiomi määritellään kaikeksi mikrobipitoisuudeksi, mukaan lukien geenit, proteiinit ja aineenvaihduntatuotteet suolistossa tiettynä ajankohtana [67]. Mahdolliset häiriöt suolen mikrobiomissa tai ns. ”dysbioosi” assosioituvat moniin sairauksiin [68].

MS-potilailla on havaittu vaurioita suoliston mikrobiomin koostumuksessa. Suoliston mikrobiomin terveys ja lajikirjo voivat näytellä merkittävää roolia MS-taudin patogeneesissä [69]. Lisäksi suoliston dysbioosin on havaittu lisäävän suoliston ja veri-aivoesteen läpäisevyyttä mikrobiomi-suolisto-aivo-akselin välityksellä. Siihen voidaan vaikuttaa probioottien saannilla [70]. Tässä suhteessa parantunut hygienia vaikuttaa autoimmuunisairauksiin, mikä korostaa suolistoflooran roolia ja vaikutusta EAE:n kehittymiseen MS-taudin hiirimallissa [71].

6. Mikrobien vaikutukset

Veden vaurioittamissa ympäristöissä elää homesieniä sekä gram-negatiivisia ja gram-positiivisia bakteereja [72]. Tällainen ympäristö sisältää monia biotoksiineja, jotka voivat johtaa MS-tyyppisten sairauksien klusteriin [73]. Myös monilla tartunta-aineilla on merkitys MS-taudin puhkeamisessa [74], koska erilaiset virukset voivat laukaista MS-taudin ja sitä muistuttavia tulehduksellisia demyelinoivia sairauksia [75].

Esimerkiksi primaarinen Epstein Barr-infektio voi laukaista MS-taudin kehittymisen geneettisen alttiuden omaavilla nuorilla aikuisilla [76]. Bakteeritoksiinit, stafylokokki-bakteerit, nenänielun normaalin mikrobiston häiriöt ja monet muut tekijät voivat vaurioittaa immuniteettia ja aiheuttaa vaurioita hermostossa.

Stafylokokkitoksiinit stimuloivat ihmisen T-lymfosyyttejä, mikä johtaa myeliinin autoantigeenien, myeliinin emäksisen proteiinin ja proteolipidipeptidin aktivoitumiseen. Tämä aktivoi reaktiivisia T-lymfosyyttejä, jotka myötävaikuttavat demyelinoivaan prosessiin [77]. Tämä on mahdollista, koska selkäydinneste (CSF) ja solunulkoinen nestekierto ovat yhteydessä kaksisuuntaisesen reitin kautta. Nenänielun infektiotuotteet voivat valua keskushermostoon ja vaikuttaa aivokalvojen immuunisoluihin, mikä puolestaan voi johtaa keskushermostoon syntyviin vaurioihin [78].

Toinen MS-tautiin mahdollisesti vaikuttava bakteeritoksiini on Clostridium perfringens epsilon-toksiini, eli ”e-toksiini”. E-toksiini sitoutuu valkean aineen myeliiniin, jolloin myeliini turpoaa ja vaurioituu. Blanch M et al. tunnisti myeliini- ja lymfosyyttiproteiinin (MAL) avainproteiiniksi, joka välittää e-toksiinin sytotoksisen vaikutuksen tulehduksellisissa autoimmuunisairauksissa, kuten MS [79]. Lisäksi e-toksiini voi läpäistä veri-aivoesteen ja sitoutua myeliiniin [80,81]. Tämä johtaa oligodendrosyyttien ja/tai myeliinin vaurioitumiseen [82].

Wagley et al. osoitti Clostridium perfringens ε-toksiinin korreloivan multippeliskleroosin sairastamisen kanssa Yhdysvaltain populaatiossa [83]. Pertussis-toksiini (PTX) ja botuliinitoksiinit ovat bakteerimyrkkyjä, joilla voi olla suuri vaikutus MS-taudin patogeneesiin.

PTX:llä voi olla erilaisia suojaavia vaikutuksia. EAE-hiirimallissa PTX vähensi demyelinaatiota jopa 75%. PTX vähentää myös lymfosyyttien tunkeutumista keskushermostoon, deaktivoi mikroglia-aktivaation ja muuttaa T-soluprofiilia lisäämällä T-auttajatyyppejä 1 ja 2 sekä T-säätelysoluja [84].

PTX-hoito saattaa suojata keskushermostoa autoimmuunisairaudelta säätelysytoksiinien säätelyn ja CD4 + CD25+ FoxP3+ Treg -solujen kautta. Bakteereista peräisin olevan toksiinin, hinkuyskätoksiinin, tiedetään alentavan herkkyyttä EAE:lle huolimatta siitä, että sen injektiota tarvitaan sairauden indusoimiseksi joissakin hiirikannoissa [85,86].

Botuliinitoksiini lamauttaa lihakset ja sitä käytetään perinteisenä spastisuuden hoitona [87]. On raportoitu, että tämä neurotoksiini saattaa parantaa monien MS-potilaiden elämänlaatua [88,89].

Tietyt patogeeniset sienet, jotka on erotettu ei-hermosolujen kudoksista, vapauttavat toksiineja, jotka kohdistuvat astrosyytteihin ja oligodendrosyytteihin aiheuttaen myeliinin hajoamista ja voivat laukaista MS-taudin [90]. Lisäksi erilaisten nekrotisoivien tekijöiden eritys aivojen aspergilloosissa voi aiheuttaa aivovaurioita ja vahingoittaa elintärkeitä soluja [91].

Ruokaan liittyvä mykotoksiini-okratoksiini A vaikuttaa haitallisesti lukuisiin solutyyppeihin, kuten astrosyytteihin [92]. Candida-infektioon havaittiin liittyvän lisääntynyt MS-kerroin [93]. Useat raportit osoittivat, että MS-potilailla voi olla vasta-aineita eri Candida-lajeja vastaan [94], mikä viittaa siihen, että tämä sieni-infektio voi olla MS-taudin riskitekijä [95]. Lisäksi C. Albicans -infektio ennen EAE-induktiota hiirillä pahentaa tautia. Samanlainen vaikutus on havaittu MS-potilailla [96].

Tarkastelemalla sienisoluseinän rakennetta, päällystävä liukenematon N-asetyyliglukosamiinipolymeeri hydrolysoidaan yleensä kitotriosidaasilla ’Chit’, joka on rakenteellisesti homologinen kitinaasien kanssa [97].

Aktivoidut makrofagit syntetisoivat ja erittävät kitinaaseja, jotka ovat kitiiniä hajottavia entsyymejä [98]. Sotgiu S et al. havaitsi, että mikrogliasta johdettu Chit-aktiivisuus MS-taudissa voi suojata aivoja kitiinimäisen aineen kerrostumiselta ja sen aiheuttamalta neurodegeneraatiolta [97]. Lisääntynyttä Chit-aktiivisuutta on havaittu erilaisia neurologisia häiriöitä sariastavavien potilaiden keskushermostossa [98] sekä MS-potilaiden plasmassa [99].

Tutkimuksissa on havaittu, että kitinaasien määrä on lisääntynyt neuromyeliittiä sairastavien potilaiden keskushermostossa vasteena IL-13:lle, mikä johtaa keskushermostotulehdukseen immuunisolujen lisääntyneiden kulkeutumisen veri-aivoesteen läpi [100] välityksellä.

Maantieteellisesti torajyväsienten esiintyminen osoitti merkittävää vastaavuutta MS-taudin maantieteellisen jakauman kanssa [101]. Sieni-infektio voi laukaista multippeliskleroosin tai se voi johtua MS-tautiin liittyvästä immuunijärjestelmän toimintahäiriöistä [102].

7. Kemikaalien, orgaanisten liuottimien ja raskasmetallien vaikutus

Monissa tutkimuksissa altistumista kemikaaleille, raskasmetalleille ja orgaanisille liuottimille pidetään potentiaalisina etiologisina tekijöinä, jotka myötävaikuttavat MS: n puhkeamiseen [103].

Esimerkiksi tinaa, hiilioksidia ja elohopeaa, mutta ei sinkkiä tai mangaania, pidetään MS-taudin riskiä lisäävinä ympäristötekijöinä [104]. Alueilla, joilla käytetään paljon kemikaaleja, kuten torjunta-aineita, MS-taudin esiintyvyysaste on ollut korkeampi [105,106,107,108]. Lisäksi torjunta-aineille altistuneilla maataloudessa työskentelevillä työntekijöillä oli suurempi riski sairastua MS-tautiin [109]. Tämä pätee erityisesti naisiin [110].

Ympäristön toksiinit voivat altistaa erityisesti odottavia naisia, mikä vaikuttaa sikiön kehitykseen ja syntyvän lapsen alttiuteen sairastua myöhemmin [111]. Kemikaaleille altistuneilla henkilöillä, kuten kenkä-, nahka- ja koneteollisuuden työntekijöillä, oli suurempi riski MS-taudin kehittymiseen [109, 112].

MS-taudin korkeampi esiintyvyys assosioituu alueisiin, jotka ovat erittäin saastuneita raskasmetalleista [113], kuten Isfahan, Iranin kolmanneksi suurin kaupunki [114] ja Lounais-Sardinia [115]. Raskasmetallien saannin ja neurodegeneratiivisten patologioiden välillä on myös dokumentoitu korrelaatio [116, 117].

Elohopean (Hg) on raportoitu liittyvän autoimmuniteettiin [118], koska se voi aiheuttaa oksidatiivista stressiä sekä vahingoittaa DNA:ta, mitokondrioita ja lipidikalvoja [119]. Lisäksi toistuva altistuminen elohopealle eläinkokeissa nopeutti taudin etenemistä mitokondrioiden aiheuttamien vaurioiden kautta [120].

Elohopea vaikuttaa astrosyytteihin, aivokuoren oligodendrosyytteihin, kortikomotoneuroneihin ja locus coeruleus -neuroneihin. Tämä saattaa selittää elohopean assosiaation MS-tautiin ja muihin keskushermoston degeneratiivisiin sairauksiin [119].

Useat raportit ovat osoittaneet, että seerumin hermospesifinen enolaasi (NSE-biomarkkeri elohopean neurotoksisille vaikutuksille) liittyy multippeliskleroosin etenemiseen [121]. Elohopeaa sisältävät hampaiden amalgaamitäytteet lisäsivät MS-taudin riskiä [122, 123]. Havainnoista huolimatta neurodegeneratiivisia sairauksia sairastavilta potilailta saatu tutkimusnäyttö osoitti vain epävarman yhteyden elohopean mahdollisesta osallisuudesta MS-taudin patogeneesiin [124]. Amalgaamipaikkoja ei juurikaan enää käytetä, joten amalgaami ei yksin selitä MS-tautiin sairastumista nykyään, vaikka se on saattanut olla yksi osatekijät niillä, joilla amalgaamipaikkoja on. Sen sijaan se saattaa pahentaa neurologisia oireita.

Toinen maaperässä esiintyvä myrkyllinen raskasmetalli on lyijy, joka näyttää lisäävän MS-taudin riskiä erityisesti miehillä [125]. Korkea lyijytoksisuus ja sen kyky säilyä ihmiskehossa pitkän aikaa tekevät siitä epäilyn riskitekijän monien selittämättömien sairauksien patogeneesissä [126].

MS-taudin riskin havaittiin kasvaneen 1,17 kertaa veren lyijypitoisuuden yhden ug / l lisäystä kohti [126]. Eräässä toisessa tutkimuksessa osoitettiin kuitenkin, että MS-tapaukset eivät näyttäneet keskittyvän lyijysulattojen ympärille [32].

Arseenia on myös maaperässä, ja altistuminen arseenille näyttää assosioituvan erityisesti naisten MS-tautiin sairastuvuuteen [125]. Arseeni voi aiheuttaa MS-taudin indusoimalla hermosolujen tulehdusreaktioita, rappeutumista ja apoptoosia, mukaan lukien hyperfosforylaatio ja tau-proteiinien aggregaatio, mikä johtaa tau-toiminnan deregulaatioon [127].

Sen sijaan kuparia käytetään myeliinin synteesissä, joten sen puute saattaa aiheuttaa myelopatiaa [128]. Muiden metallien vaikutuksista on kiistanalaista kirjallisuutta. MS-potilailla on todettu sinkin alhaisempia seerumitasoja [129], kun taas toinen tutkimus osoitti, että sinkkipitoisuudet lisääntyvät MS-potilailla. Nämä tulokset viittaavat siihen, että sinkin pitoisuuksien muutokset voivat olla osallisina MS:n patogeneesissä [130].

8. Lääkkeiden kehityksestä

Eräitä luonnollisia toksiineja on kaavailtu MS-taudin terapiavaihtoehdoiksi. Uusia yhdisteitä on eristetty niveljalkaisista ja muista myrkyllisistä eläimistä neurodegeneratiivisten sairauksien, kuten MS, hoitamiseksi [131].

Näihin kuuluvat ShK, merivuokon toksiini (Stichodactyla helianthus) ja skorpionimyrkkykomponentit, jotka ovat selektiivisiä kaliumkanavien salpaajia, joita tarvitaan aktivoituneiden T-lymfosyyttien toimintaan. Mehiläismyrkkyn (Apis mellifera) havaittiin myös parantavan taudin oireita, parantavan motorista toimintaa ja vähentävän tulehdusmerkkejä. Jopa käärmemyrkkyillä havaittiin olevan vaikutus MS-terapiassa, koska se estää autoimmuunisen enkefalomyeliitin ja lymfosyyttien aivojen tunkeutumisen kliinisiä oireita [132,133].

Uudet molekyylit, jotka on johdettu Thalassophryne nattereri Brasilian kalan myrkystä, ns. TnP-perhe, tuottavat systeemisiä ja keskushermostospesifisiä vaikutuksia, jotka estävät tulehduksellisten leukosyyttien migraation keskushermostoon ja demyelinaation ja voivat siten olla terapeuttinen vaihtoehto MS-taudin hoidossa [134].

Useat lääkkeet, kuten glatirameeriasetaatti, fingolimodi (FTY720), mitoksantroni, IFN-β, fumaarihappoesterit ja kortikosteroidit [2 135 136] voivat vähentää MS-taudin oireita.

Eräät lääkkeet vähentävät MS-riskiä, kuten tetanustoksoidirokotus, antibiootit, antihistamiinit ja sienilääkkeet. Niiden erityinen rooli on kuitenkin vielä puutteellisesti dokumentoitu [31]. Tetanustoksoidirokotusten raportoitiin vähentävän MS: n riskiä kolmanneksella rokotetuissa henkilöissä verrattuna rokottamatta jättämiseen [137]. Antibioottien suhteen kuvattiin korrelaatio penisilliinin käytön ja pienemmän multippeliskleroosiriskin välillä [138]. Muilla lääkkeillä, kuten antihistamiineilla, voi olla mahdollinen hyödyllinen vaikutus, jos niitä otetaan käyttöön MS-taudin puhkeamisen aikana [139], kun taas kolesterolia alentavien statiinien havaittiin vaikuttavan estävästi krooniseen ja uusiutuvaan EAE-malliin [140].

Kohtauksenvastainen valproiinihappo (VPA) suorittaa toimintansa lisäämällä asetyloituja histonitasoja, mikä johtaa lisääntyneeseen apoptoosiin neokorteksissa ja vähentyneeseen solujen lisääntymiseen ganglionisen eminenanssin yhteydessä [141]. Lisäksi VPA auttaa MS:n vaurioiden remyelinoinnissa lisäämällä endogeenisia esiasteita [142] ja voi vähentää selkäytimen tulehdusta aktivoituneissa T-soluissa tapahtuvan apoptoosin kautta [143]. Lisäksi VPA säätelee Th1- ja Th17-soluja alaspäin ja vähentää siten tulehduksellisia sytokiinitasoja [144].

Tulehduskipulääkkeiden havaittiin vaikuttavan immuunijärjestelmään, joten niillä voi olla terapeuttinen arvo MS-taudissa. P-amyriini, kannabinoidireseptorin agonisti, vähentää tulehdusta mikrogliaalisoluissa ja sitä voidaan käyttää potentiaalisena tulehdusta estävänä aineena keskushermostossa erityisesti neurodegeneratiivisissa sairauksissa. Tämä lääke vaikuttaa tulehdusvälittäjäprofiiliin vähentämällä TNF-alfaa, IL-1β: tä, IL-6: ta, PGE-2: ta, COX-2: ta sekä makrofagien M1 / M2-tasapainon säätelyä ja mikroglia-erilaistumista [145].

Toinen uusi aine on WWL70, anti-inflammatorinen terapeuttinen lääke, joka vaikuttaa mikrogliaan EAE-hiiren aivoissa vähentämällä COX-2:n ja mikrosomaalisen PGE2:n ilmentymistä [146]. Uusi yhdiste JC-171 (hydroksyylisulfonamidianalogi) toimii selektiivisenä NLRP3-tulehduksen estäjänä.
EAE-hiirimallissa JC-171: n raportoitiin estävän taudin etenemistä ja vakavuutta sekä ennalta ehkäisevissä että terapeuttisissa kokeellisissa järjestelyissä, mikä kannusti sen käyttöä MS-taudin terapiana [147]. Lisäksi securiniinilla, Securinega suffruticosa -kasvin juuresta peräisin olevalla tärkeimmällä luonnollisella alkaloidituotteella, on raportoitu olevan voimakas biologinen aktiivisuus estämällä merkittävästi NO-tuotantoa astrosyytteissä ja mikrogliassa sekä estämällä tulehduksellinen välittäjä NF-κB ja mitogeeni -aktivoidut proteiinikinaasit (MAPK). Siksi sitä voitaisiin käyttää potentiaalisena terapeuttisena kandidaattina neuroinflammaatioon liittyville sairauksille [148].

Fumaarihappoestereitä, kuten monometyylifumaraatti (MMF) ja dimetyylifumaraatti (DMF), on tutkittu intensiivisesti viime vuosina. DMF on hyväksytty erilaisten tulehdusvälitteisten sairauksien, mukaan lukien MS, hoitoon [149 150 151]. DMF vaikuttaa immuunijärjestelmän säätelyyn siirtymällä kohti Th2-sytokiiniprofiilia ja vähentämällä Th1- ja Th17-solujen vaikutusta. Vielä merkittävämmin DMF:llä ja sen metaboliitilla MMF:llä on antioksidanttinen ominaisuus aktivoimalla tumatekijä (erytroidista johdettu 2) kaltainen2 (NRF2), stimuloiden siten gliasolujen, oligodendrosyyttien ja neuronien sytosuojausta [152,153].

DMF:n on raportoitu vaikuttavan myeloidisoluihin sekä lymfosyytteihin, mukaan lukien B-solut ja luonnolliset tappajapopulaatiot (154, 155). Ryhmämme tutki DMF:n ja MMF:n vaikutusta NK-soluihin, missä havaitsimme, että ne lisäävät NK-kemotoksista ja sytolyyttistä toimintaa in vitro [155,156,157].

MMF parantaa EAE:n hiirillä aktivoimalla NK-soluja [42]. Fingolimodin (Gilenya), joka tunnetaan myös nimellä FTY720, synteettisen yhdisteen, joka jäljittelee sienen sekundääristä metaboliittia myriosiinia (ISP-I), ilmoitettiin olevan voimakas immunosuppressantti, jonka Yhdysvaltain FDA hyväksyi MS:n terapeuttisena aineena [158]. On arveltu, että FTY720 vaikuttaa immuunisolujen, kuten NK-solujen, aktiivisuuteen säätelemällä niiden aktivoimat reseptorit uudelleen ja tehostamalla niiden lyyttistä aktiivisuutta dendriittisoluja vastaan [159].

9. Päätelmä

Tässä katsauksessa avattiin alustavasti MS-tautiin vaikuttavien geneettisten ja epigeneettisten kemikaalien, toksiinien ja fysikaalisten tekijöiden monimuotoisuutta. Nämä tekijät voivat moduloida immuunijärjestelmän toimintaa epäsuorasti muuttamalla kehon autoantigeenejä, joita voidaan jakaa keskushermoston antigeenien kanssa, tai vapauttamalla immuunijärjestelmä reagoimatta estosignaaleihin. Epidemiologisten, kokeellisten tai kliinisten löydösten epäjohdonmukaisuus voi johtua paikallisista ja alueellisista vaihteluista sekä ympäristössä että väestögenetiikassa.

Lopuksi: Korrelaatio erilaisten toksiinien ja MS-taudin välillä on vahva. Sen sijaan kausaation osoittaminen on osoittautunut vaikeammaksi. Rokotteiden ja amalgaamipaikkojen raskasmetallit eivät selitä MS-tautiin sairastumista niillä, jotka eivät ole saaneet rokotusta tai joilla ei ole amalgaamipaikkoja. Luulen, että epigeneettisiä ympäristötekijöitä, jotka altistavat MS-taudille heikentämällä immuunijärjestelmää ja vaikuttamalla DNA:han on varmasti kymmenittäin.

Rokotteiden tai raskasmetallien vaikutusta MS-taudin laukaisijana ei voida täysin poissulkea, mutta riittävää näyttöä siitä, että ne aiheuttaisivat MS-taudin, ei kuitenkaan ole. Koronarokotteen suhteen olen luottavainen. Rokotteen aiheuttamat vakavat sivuoireet Yhdysvalloissa ja Britanniassa ovat olleet hyvin harvinaisia. Sen sijaan koronainfektio on aiheuttanut suurelle osalle sairastuneista pysyviä tai pitkäkestoisia oireita. Koska koronainfektion jälkitauteja ei tunneta, uskon, että rokottamisen riskit ovat merkittävästi pienemmät kuin taudin sairastamisen riskit. Pahoittelen, jos tekstiin jäi kirjoitus- ja käännösvirheitä.

References

  1. Mahad, D.H.; Trapp, B.D.; Lassmann, H. Pathological mechanisms in progressive multiple sclerosis. Lancet Neurol. 2015, 14, 183–193. [Google Scholar] [CrossRef]
  2. De Souza, J.M.; Goncalves, B.D.C.; Gomez, M.V.; Vieira, L.B.; Ribeiro, F.M. Animal toxins as therapeutic tools to treat neurodegenerative diseases. Front. Pharmacol. 2018, 9, 145. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  3. Zeller, D.; Classen, J. Plasticity of the motor system in multiple sclerosis. Neuroscience 2014, 283, 222–230. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  4. Browne, P.; Chandraratna, D.; Angood, C.; Tremlett, H.; Baker, C.; Taylor, B.V.; Thompson, A.J. Atlas of multiple sclerosis 2013: A growing global problem with widespread inequity. Neurology 2014, 83, 1022–1024. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  5. Dilokthornsakul, P.; Valuck, R.J.; Nair, K.V.; Corboy, J.R.; Allen, R.R.; Campbell, J.D. Multiple sclerosis prevalence in the united states commercially insured population. Neurology 2016, 86, 1014–1021. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  6. Dendrou, C.A.; Fugger, L.; Friese, M.A. Immunopathology of multiple sclerosis. Nat. Rev. Immunol. 2015, 15, 545. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  7. Adamczyk, B.; Adamczyk-Sowa, M. New insights into the role of oxidative stress mechanisms in the pathophysiology and treatment of multiple sclerosis. Oxid. Med. Cell Longev. 2016, 2016, 18. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  8. Lassmann, H.; Bradl, M. Multiple sclerosis: Experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017, 133, 223–244. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  9. Comi, G.; Radaelli, M.; Soelberg Sørensen, P. Evolving concepts in the treatment of relapsing multiple sclerosis. Lancet 2017, 389, 1347–1356. [Google Scholar] [CrossRef]
  10. Murray, T.J. The history of multiple sclerosis: The changing frame of the disease over the centuries. J. Neurol. Sci. 2009, 277, S3–S8. [Google Scholar] [CrossRef]
  11. Gu, C. Kir4.1: K(+) channel illusion or reality in the autoimmune pathogenesis of multiple sclerosis. Front. Mol. Neurosci. 2016, 9, 90. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  12. Høglund, R.A.; Maghazachi, A.A. Multiple sclerosis and the role of immune cells. World J. Exp. Med. 2014, 4, 27–37. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  13. Maghazachi, A.A. On the role of natural killer cells in neurodegenerative diseases. Toxins (Basel) 2013, 5, 363–375. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  14. Jones, A.P.; Kermode, A.G.; Lucas, R.M.; Carroll, W.M.; Nolan, D.; Hart, P.H. Circulating immune cells in multiple sclerosis. Clin. Exp. Immunol. 2016, 187, 193–203. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  15. Jadidi-Niaragh, F.; Mirshafiey, A. Th17 cell, the new player of neuroinflammatory process in multiple sclerosis. Scand. J. Immunol. 2011, 74, 1–13. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  16. Volpe, E.; Sambucci, M.; Battistini, L.; Borsellino, G. Fas–fas ligand: Checkpoint of t cell functions in multiple sclerosis. Front. Immunol. 2016, 7, 382. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  17. Elyaman, W.; Khoury, S.J. Th9 cells in the pathogenesis of eae and multiple sclerosis. Semin. Immunopathol. 2017, 39, 79–87. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  18. Fard, N.A.; Azizi, G.; Mirshafiey, A. The potential role of t helper cell 22 and il-22 in immunopathogenesis of multiple sclerosis. Innov. Clin. Neurosci. 2016, 13, 30–36. [Google Scholar] [PubMed]
  19. Hestvik, A.L.K. The double-edged sword of autoimmunity: Lessons from multiple sclerosis. Toxins (Basel) 2010, 2, 856–877. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  20. Garg, N.; Smith, T.W. An update on immunopathogenesis, diagnosis, and treatment of multiple sclerosis. Brain Behav. 2015, 5, e00362. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  21. Huynh, J.L.; Casaccia, P. Epigenetic mechanisms in multiple sclerosis: Implications for pathogenesis and treatment. Lancet Neurol. 2013, 12, 195–206. [Google Scholar] [CrossRef]
  22. Olsson, T.; Barcellos, L.F.; Alfredsson, L. Interactions between genetic, lifestyle and environmental risk factors for multiple sclerosis. Nat. Rev. Neurol. 2016, 13, 25. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  23. Riemann-Lorenz, K.; Eilers, M.; von Geldern, G.; Schulz, K.-H.; Köpke, S.; Heesen, C. Dietary interventions in multiple sclerosis: Development and pilot-testing of an evidence based patient education program. PLoS ONE 2016, 11, e0165246. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  24. Peedicayil, J. Epigenetic drugs for multiple sclerosis. Curr. Neuropharmacol. 2016, 14, 3–9. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  25. Babenko, O.; Kovalchuk, I.; Metz, G.A. Epigenetic programming of neurodegenerative diseases by an adverse environment. Brain Res. 2012, 1444, 96–111. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  26. Koch, M.W.; Metz, L.M.; Kovalchuk, O. Epigenetic changes in patients with multiple sclerosis. Nat. Rev. Neurol. 2012, 9, 35. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  27. Miller, F.W.; Alfredsson, L.; Costenbader, K.H.; Kamen, D.L.; Nelson, L.M.; Norris, J.M.; De Roos, A.J. Epidemiology of environmental exposures and human autoimmune diseases: Findings from a national institute of environmental health sciences expert panel workshop. J. Autoimmun. 2012, 39, 259–271. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  28. Hedström, A.K.; Alfredsson, L.; Olsson, T. Environmental factors and their interactions with risk genotypes in ms susceptibility. Curr. Opin. Neurol. 2016, 29, 293–298. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  29. Kakalacheva, K.; Lünemann, J.D. Environmental triggers of multiple sclerosis. FEBS Lett. 2011, 585, 3724–3729. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  30. Loken-Amsrud, K.I.; Lossius, A.; Torkildsen, O.; Holmoy, T. Impact of the environment on multiple sclerosis. Tidsskr. Nor. Laegeforen. 2015, 135, 856–860. [Google Scholar] [PubMed]
  31. Milo, R.; Kahana, E. Multiple sclerosis: Geoepidemiology, genetics and the environment. Autoimmun. Rev. 2010, 9, A387–A394. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  32. Turabelidze, G.; Schootman, M.; Zhu, B.P.; Malone, J.L.; Horowitz, S.; Weidinger, J.; Williamson, D.; Simoes, E. Multiple sclerosis prevalence and possible lead exposure. J. Neurol. Sci. 2008, 269, 158–162. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  33. Helmick, C.G.; Wrigley, J.M.; Zack, M.M.; Bigler, W.J.; Lehman, J.L.; Janssen, R.S.; Hartwig, E.C.; Witte, J.J. Multiple sclerosis in key west, florida. Am. J. Epidemiol. 1989, 130, 935–949. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  34. Forbes, R.B.; Wilson, S.V.; Swingler, R.J. The prevalence of multiple sclerosis in tayside, scotland: Do latitudinal gradients really exist? J. Neurol. 1999, 246, 1033–1040. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  35. Gray, O.M.; McDonnell, G.V.; Hawkins, S.A. Factors in the rising prevalence of multiple sclerosis in the north-east of ireland. Mult. Scler. 2008, 14, 880–886. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  36. Beck, C.A.; Metz, L.M.; Svenson, L.W.; Patten, S.B. Regional variation of multiple sclerosis prevalence in canada. Mult. Scler. 2005, 11, 516–519. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  37. McGuigan, C.; McCarthy, A.; Quigley, C.; Bannan, L.; Hawkins, S.; Hutchinson, M. Latitudinal variation in the prevalence of multiple sclerosis in ireland, an effect of genetic diversity. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 2004, 75, 572–576. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  38. Lucas, R.M.; Byrne, S.N.; Correale, J.; Ilschner, S.; Hart, P.H. Ultraviolet radiation, vitamin d and multiple sclerosis. Neurodegener. Dis. Manag. 2015, 5, 413–424. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  39. Alharbi, F.M. Update in vitamin d and multiple sclerosis. Neurosciences (Riyadh) 2015, 20, 329–335. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  40. Niino, M.; Sato, S.; Fukazawa, T.; Masaki, K.; Miyazaki, Y.; Matsuse, D.; Yamasaki, R.; Takahashi, E.; Kikuchi, S.; Kira, J. Decreased serum vitamin d levels in japanese patients with multiple sclerosis. J. Neuroimmunol. 2015, 279, 40–45. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  41. Munger, K.L.; Zhang, S.M.; O’Reilly, E.; Hernan, M.A.; Olek, M.J.; Willett, W.C.; Ascherio, A. Vitamin d intake and incidence of multiple sclerosis. Neurology 2004, 62, 60–65. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  42. Al-Jaderi, Z.; Maghazachi, A.A. Vitamin d3 and monomethyl fumarate enhance natural killer cell lysis of dendritic cells and ameliorate the clinical score in mice suffering from experimental autoimmune encephalomyelitis. Toxins (Basel) 2015, 7, 4730–4744. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  43. Nielsen, N.M.; Munger, K.L.; Koch-Henriksen, N.; Hougaard, D.M.; Magyari, M.; Jorgensen, K.T.; Lundqvist, M.; Simonsen, J.; Jess, T.; Cohen, A.; et al. Neonatal vitamin d status and risk of multiple sclerosis: A population-based case-control study. Neurology 2017, 88, 44–51. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  44. Fernandes de Abreu, D.A.; Babron, M.C.; Rebeix, I.; Fontenille, C.; Yaouanq, J.; Brassat, D.; Fontaine, B.; Clerget-Darpoux, F.; Jehan, F.; Feron, F. Season of birth and not vitamin d receptor promoter polymorphisms is a risk factor for multiple sclerosis. Mult. Scler. 2009, 15, 1146–1152. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  45. Saccone, D.; Asani, F.; Bornman, L. Regulation of the vitamin d receptor gene by environment, genetics and epigenetics. Gene 2015, 561, 171–180. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  46. Rinaldi, A.O.; Sanseverino, I.; Purificato, C.; Cortese, A.; Mechelli, R.; Francisci, S.; Salvetti, M.; Millefiorini, E.; Gessani, S.; Gauzzi, M.C. Increased circulating levels of vitamin d binding protein in ms patients. Toxins (Basel) 2015, 7, 129–137. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  47. Hutter, C.D.; Laing, P. Multiple sclerosis: Sunlight, diet, immunology and aetiology. Med. Hypotheses 1996, 46, 67–74. [Google Scholar] [PubMed]
  48. Hedstrom, A.K.; Akerstedt, T.; Hillert, J.; Olsson, T.; Alfredsson, L. Shift work at young age is associated with increased risk for multiple sclerosis. Ann. Neurol. 2011, 70, 733–741. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  49. Ponsonby, A.-L.; Lucas, R.M. Shift work and multiple sclerosis. Ann. Neurol. 2011, 70, 680–683. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  50. Gustavsen, S.; Sondergaard, H.B.; Oturai, D.B.; Laursen, B.; Laursen, J.H.; Magyari, M.; Ullum, H.; Larsen, M.H.; Sellebjerg, F.; Oturai, A.B. Shift work at young age is associated with increased risk of multiple sclerosis in a danish population. Mult. Scler. Relat. Disord. 2016, 9, 104–109. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  51. Hedstrom, A.K.; Akerstedt, T.; Olsson, T.; Alfredsson, L. Shift work influences multiple sclerosis risk. Mult. Scler. 2015, 21, 1195–1199. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  52. Zhang, P.; Wang, R.; Li, Z.; Wang, Y.; Gao, C.; Lv, X.; Song, Y.; Li, B. The risk of smoking on multiple sclerosis: A meta-analysis based on 20,626 cases from case-control and cohort studies. PeerJ 2016, 4, e1797. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  53. Turner, A.P.; Hartoonian, N.; Maynard, C.; Leipertz, S.L.; Haselkorn, J.K. Smoking and physical activity: Examining health behaviors and 15-year mortality among individuals with multiple sclerosis. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2015, 96, 402–409. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  54. Ramanujam, R.; Hedström, A.; Manouchehrinia, A.; Alfredsson, L.; Olsson, T.; Bottai, M.; Hillert, J. Effect of smoking cessation on multiple sclerosis prognosis. JAMA Neurol. 2015, 72, 1117–1123. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  55. Öckinger, J.; Hagemann-Jensen, M.; Kullberg, S.; Engvall, B.; Eklund, A.; Grunewald, J.; Piehl, F.; Olsson, T.; Wahlström, J. T-cell activation and hla-regulated response to smoking in the deep airways of patients with multiple sclerosis. Clin. Immunol. 2016, 169, 114–120. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  56. Ascherio, A.; Munger, K.L. Environmental risk factors for multiple sclerosis. Part ii: Noninfectious factors. Ann. Neurol. 2007, 61, 504–513. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  57. Hedström, A.K.; Bomfim, I.L.; Barcellos, L.F.; Briggs, F.; Schaefer, C.; Kockum, I.; Olsson, T.; Alfredsson, L. Interaction between passive smoking and two hla genes with regard to multiple sclerosis risk. Int. J. Epidemiol. 2014, 43, 1791–1798. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  58. Timmermans, S.; Bogie, J.F.J.; Vanmierlo, T.; Lütjohann, D.; Stinissen, P.; Hellings, N.; Hendriks, J.J.A. High fat diet exacerbates neuroinflammation in an animal model of multiple sclerosis by activation of the renin angiotensin system. J. Neuroimmune Pharmacol. 2014, 9, 209–217. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  59. Farinotti, M.; Vacchi, L.; Simi, S.; Di Pietrantonj, C.; Brait, L.; Filippini, G. Dietary interventions for multiple sclerosis. Cochrane Database Syst. Rev. 2012, 12, CD004192. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  60. Kim, D.Y.; Hao, J.; Liu, R.; Turner, G.; Shi, F.-D.; Rho, J.M. Inflammation-mediated memory dysfunction and effects of a ketogenic diet in a murine model of multiple sclerosis. PLoS ONE 2012, 7, e35476. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  61. Hedström, A.K.; Mowry, E.M.; Gianfrancesco, M.A.; Shao, X.; Schaefer, C.A.; Shen, L.; Olsson, T.; Barcellos, L.F.; Alfredsson, L. High consumption of coffee is associated with decreased multiple sclerosis risk; results from two independent studies. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 2016, 87, 454–460. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  62. Mowry, E.; Hedstrom, A.; Gianfrancesco, M.; Shao, X.; Schaefer, C.; Barcellos, L.; Olsson, T.; Alfredsson, L. Greater consumption of coffee is associated with reduced odds of multiple sclerosis (s45.004). Neurology 2015, 84, S45.004. [Google Scholar]
  63. D’hooghe, M.B.; Haentjens, P.; Nagels, G.; De Keyser, J. Alcohol, coffee, fish, smoking and disease progression in multiple sclerosis. Eur. J. Neurol. 2011, 19, 616–624. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  64. Farez, M.F.; Fiol, M.P.; Gaitán, M.I.; Quintana, F.J.; Correale, J. Sodium intake is associated with increased disease activity in multiple sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 2015, 86, 26. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  65. Riccio, P.; Rossano, R. Nutrition facts in multiple sclerosis. ASN Neuro 2015, 7. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  66. Mielcarz, D.W.; Kasper, L.H. The gut microbiome in multiple sclerosis. Curr. Treat. Opt. Neurol. 2015, 17, 18. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  67. Kirby, T.O.; Ochoa-Repáraz, J. The gut microbiome in multiple sclerosis: A potential therapeutic avenue. Med. Sci. (Basel, Switzerland) 2018, 6, 69. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  68. Chu, F.; Shi, M.; Lang, Y.; Shen, D.; Jin, T.; Zhu, J.; Cui, L. Gut microbiota in multiple sclerosis and experimental autoimmune encephalomyelitis: Current applications and future perspectives. Med. Inflamm. 2018, 2018, 8168717. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  69. Jangi, S.; Gandhi, R.; Cox, L.M.; Li, N.; von Glehn, F.; Yan, R.; Patel, B.; Mazzola, M.A.; Liu, S.; Glanz, B.L.; et al. Alterations of the human gut microbiome in multiple sclerosis. Nat. Commun. 2016, 7, 12015. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  70. Roy Sarkar, S.; Banerjee, S. Gut microbiota in neurodegenerative disorders. J. Neuroimmunol. 2019, 328, 98–104. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  71. Yokote, H.; Miyake, S.; Croxford, J.L.; Oki, S.; Mizusawa, H.; Yamamura, T. Nkt cell-dependent amelioration of a mouse model of multiple sclerosis by altering gut flora. Am. J. Pathol. 2008, 173, 1714–1723. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  72. Brewer, J.H.; Thrasher, J.D.; Straus, D.C.; Madison, R.A.; Hooper, D. Detection of mycotoxins in patients with chronic fatigue syndrome. Toxins (Basel) 2013, 5, 605–617. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  73. Ordog, G. 476 multiple sclerosis cluster: Mycotoxic leukoencephalopathy. J. Investig. Med. 2005, 53, S161. [Google Scholar] [CrossRef]
  74. Venkatesan, A. Multiple sclerosis and infections. Neurodegener. Dis. Manag. 2015, 5, 11–14. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  75. Oleszak, E.L.; Chang, J.R.; Friedman, H.; Katsetos, C.D.; Platsoucas, C.D. Theiler’s virus infection: A model for multiple sclerosis. Clin. Microbiol. Rev. 2004, 17, 174–207. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  76. Fong, I.W. The Role of Microbes in Common Non-Infectious Diseases; Springer: New York, NY, USA, 2014. [Google Scholar]
  77. Burns, J.; Littlefield, K.; Gill, J.; Trotter, J.L. Bacterial toxin superantigens activate human t lymphocytes reactive with myelin autoantigens. Ann. Neurol. 1992, 32, 352–357. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  78. Gay, F. Bacterial toxins and multiple sclerosis. J. Neurol. Sci. 2007, 262, 105–112. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  79. Blanch, M.; Dorca-Arévalo, J.; Not, A.; Cases, M.; Gómez de Aranda, I.; Martínez-Yélamos, A.; Martínez-Yélamos, S.; Solsona, C.; Blasi, J. The cytotoxicity of epsilon toxin from clostridium perfringens on lymphocytes is mediated by mal protein expression. Mol. Cell. Biol. 2018, 38, e00086-18. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  80. Cases, M.; Llobet, A.; Terni, B.; Gómez de Aranda, I.; Blanch, M.; Doohan, B.; Revill, A.; Brown, A.M.; Blasi, J.; Solsona, C. Acute effect of pore-forming clostridium perfringens ε-toxin on compound action potentials of optic nerve of mouse. eNeuro 2017, 4. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  81. Uzal, F.A.; Navarro, M.A.; Li, J.; Freedman, J.C.; Shrestha, A.; McClane, B.A. Comparative pathogenesis of enteric clostridial infections in humans and animals. Anaerobe 2018, 53, 11–20. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  82. Linden, J.R.; Ma, Y.; Zhao, B.; Harris, J.M.; Rumah, K.R.; Schaeren-Wiemers, N.; Vartanian, T. Clostridium perfringens epsilon toxin causes selective death of mature oligodendrocytes and central nervous system demyelination. mBio 2015, 6, e02513–e02514. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  83. Wagley, S.; Bokori-Brown, M.; Morcrette, H.; Malaspina, A.; D’Arcy, C.; Gnanapavan, S.; Lewis, N.; Popoff, M.R.; Raciborska, D.; Nicholas, R.; et al. Evidence of clostridium perfringens epsilon toxin associated with multiple sclerosis. Mult. Scler. J. 2018, 1352458518767327. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  84. Yin, J.-X.; Tang, Z.; Gan, Y.; Li, L.; Shi, F.; Coons, S.; Shi, J. Pertussis toxin modulates microglia and t cell profile to protect experimental autoimmune encephalomyelitis. Neuropharmacology 2014, 81, 1–5. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  85. Weber, M.S.; Benkhoucha, M.; Lehmann-Horn, K.; Hertzenberg, D.; Sellner, J.; Santiago-Raber, M.-L.; Chofflon, M.; Hemmer, B.; Zamvil, S.S.; Lalive, P.H. Repetitive pertussis toxin promotes development of regulatory t cells and prevents central nervous system autoimmune disease. PLoS ONE 2011, 5, e16009. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  86. Steelman, A.J. Infection as an environmental trigger of multiple sclerosis disease exacerbation. Front. Immunol. 2015, 6, 520. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  87. Dressler, D.; Bhidayasiri, R.; Bohlega, S.; Chahidi, A.; Chung, T.M.; Ebke, M.; Jacinto, L.J.; Kaji, R.; Koçer, S.; Kanovsky, P.; et al. Botulinum toxin therapy for treatment of spasticity in multiple sclerosis: Review and recommendations of the iab-interdisciplinary working group for movement disorders task force. J. Neurol. 2017, 264, 112–120. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  88. Cameron, M.H.; Bethoux, F.; Davis, N.; Frederick, M. Botulinum toxin for symptomatic therapy in multiple sclerosis. Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2014, 14, 463. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  89. Latino, P.; Castelli, L.; Prosperini, L.; Marchetti, M.R.; Pozzilli, C.; Giovannelli, M. Determinants of botulinum toxin discontinuation in multiple sclerosis: A retrospective study. Neurol. Sci. 2017, 38, 1841–1848. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  90. Purzycki, C.B.; Shain, D.H. Fungal toxins and multiple sclerosis: A compelling connection. Brain Res. Bull. 2010, 82, 4–6. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  91. Speth, C.; Rambach, G.; Lass-Flörl, C.; Würzner, R.; Gasque, P.; Mohsenipour, I.; Dierich, M.P. Culture supernatants of patient-derived aspergillus isolates have toxic and lytic activity towards neurons and glial cells. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2006, 29, 303–313. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  92. Razafimanjato, H.; Garmy, N.; Guo, X.-J.; Varini, K.; Di Scala, C.; Di Pasquale, E.; Taïeb, N.; Maresca, M. The food-associated fungal neurotoxin ochratoxin a inhibits the absorption of glutamate by astrocytes through a decrease in cell surface expression of the excitatory amino-acid transporters glast and glt-1. Neurotoxicology 2010, 31, 475–484. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  93. Benito-León, J.; Pisa, D.; Alonso, R.; Calleja, P.; Díaz-Sánchez, M.; Carrasco, L. Association between multiple sclerosis and candida species: Evidence from a case-control study. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2010, 29, 1139–1145. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  94. Pisa, D.; Alonso, R.; Carrasco, L. Fungal infection in a patient with multiple sclerosis. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2011, 30, 1173–1180. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  95. Pisa, D.; Alonso, R.; Jiménez-Jiménez, F.J.; Carrasco, L. Fungal infection in cerebrospinal fluid from some patients with multiple sclerosis. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2013, 32, 795–801. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  96. Fraga-Silva, T.F.C.; Mimura, L.A.N.; Marchetti, C.M.; Chiuso-Minicucci, F.; França, T.G.D.; Zorzella-Pezavento, S.F.G.; Venturini, J.; Arruda, M.S.P.; et al. Experimental autoimmune encephalomyelitis development is aggravated by candida albicans infection. J. Immunol. Res. 2015, 2015, 11. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  97. Sotgiu, S.; Musumeci, S.; Marconi, S.; Gini, B.; Bonetti, B. Different content of chitin-like polysaccharides in multiple sclerosis and alzheimer’s disease brains. J. Neuroimmunol. 2008, 197, 70–73. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  98. Barone, R.; Sotgiu, S.; Musumeci, S. Plasma chitotriosidase in health and pathology. Clin. Lab. 2007, 53, 321–333. [Google Scholar] [PubMed]
  99. Comabella, M.; Domínguez, C.; Rio, J.; Martín-Gallán, P.; Vilches, A.; Vilarrasa, N.; Espejo, C.; Montalban, X. Plasma chitotriosidase activity in multiple sclerosis. Clin. Immunol. 2009, 131, 216–222. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  100. Correale, J.; Fiol, M. Chitinase effects on immune cell response in neuromyelitis optica and multiple sclerosis. Mult. Scler. J. 2010, 17, 521–531. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  101. Lindstedt, M. Multiple sclerosis—Is research on the wrong track? Med. Hypotheses 1991, 34, 69–72. [Google Scholar] [CrossRef]
  102. Ramos, M.; Pisa, D.; Molina, S.; Rábano, A.; Juarranz, A.; Carrasco, L. Fungal infection in patients with multiple sclerosis. Open Mycol. J. 2008, 2, 22–28. [Google Scholar] [CrossRef]
  103. Napier, M.D.; Poole, C.; Satten, G.A.; Ashley-Koch, A.; Marrie, R.A.; Williamson, D.M. Heavy metals, organic solvents and multiple sclerosis: An exploratory look at gene-environment interactions. Arch. Environ. Occup. Health 2016, 71, 26–34. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  104. Compston, A.; Lassmann, H.; McDonald, I.; Miller, D.; Noseworthy, J.; Smith, K.; Wekerle, H.; Confavreux, C. The story of multiple sclerosis. In Mcalpine’s Multiple Sclerosis, 4th ed.; Churchill Livingstone: London, UK, 2005. [Google Scholar]
  105. Parron, T.; Requena, M.; Hernandez, A.F.; Alarcon, R. Association between environmental exposure to pesticides and neurodegenerative diseases. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2011, 256, 379–385. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  106. Savage, E.P.; Keefe, T.J.; Mounce, L.M.; Heaton, R.K.; Lewis, J.A.; Burcar, P.J. Chronic neurological sequelae of acute organophosphate pesticide poisoning. Arch. Environ. Health 1988, 43, 38–45. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  107. Bove, J.; Prou, D.; Perier, C.; Przedborski, S. Toxin-induced models of parkinson’s disease. NeuroRx 2005, 2, 484–494. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  108. Dubey, D.; Sharma, V.; Stuve, O. Multiple mothballs or multiple sclerosis: A diagnostic dilemma (p5.192). Neurology 2014, 82, 192. [Google Scholar]
  109. Oddone, E.; Crosignani, P.; Scaburri, A.; Bai, E.; Modonesi, C.; Imbriani, M.; Bergamaschi, R. Occupation and multiple sclerosis: An italian case-control study. Occup. Environ. Med. 2013, 70, A91. [Google Scholar] [CrossRef]
  110. Magyari, M.; Koch-Henriksen, N.; Pfleger, C.C.; Sorensen, P.S. Physical and social environment and the risk of multiple sclerosis. Mult. Scler. Relat. Disord. 2014, 3, 600–606. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  111. Graves, J.; Chitnis, T.; Weinstock-Guttman, B.; Rubin, J.; Zelikovitch, A.; Nourbakhsh, B.; Simmons, T.; Casper, C.; Waubant, E. Maternal illness in pregnancy and perinatal exposure to pesticides are associated with risk for pediatric onset ms (s29.005). Neurology 2016, 86, S29.005. [Google Scholar]
  112. Landtblom, A.-M.; Flodin, U.; Söderfeldt, B.; Wolfson, C.; Axelson, O. Organic solvents and multiple sclerosis: A synthesis of the current evidence. Epidemiology 1996, 7, 429–433. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  113. Iranmanesh, F.; Ebrahimi, H.a.; Iranmanesh, M.; Sedighi, B.; Gadari, F. Multiple sclerosis and mines: An epidemiologic study from kerman province, Iran. Int. Clin. Neurosci. J. 2015, 2, 133–136. [Google Scholar]
  114. Razavi, Z.; Jokar, M.; Allafchian, A.; Hossinpour, Z.; Berenjani, L.; Shayegan Nejad, V. The relationship between blood lead levels and clinical features among multiple sclerosis patients in Isfahan, Iran. Iran. J. Health, Saf. Environ. 2016, 3, 412–420. [Google Scholar]
  115. Monti, M.C.; Guido, D.; Montomoli, C.; Sardu, C.; Sanna, A.; Pretti, S.; Lorefice, L.; Marrosu, M.G.; Valera, P.; Cocco, E. Is geo-environmental exposure a risk factor for multiple sclerosis? A population-based cross-sectional study in south-western sardinia. PLoS ONE 2016, 11, e0163313. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  116. Giacoppo, S.; Galuppo, M.; Calabro, R.S.; D’Aleo, G.; Marra, A.; Sessa, E.; Bua, D.G.; Potorti, A.G.; Dugo, G.; Bramanti, P.; et al. Heavy metals and neurodegenerative diseases: An observational study. Biol. Trace Elem. Res. 2014, 161, 151–160. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  117. Fulgenzi, A.; Zanella, S.G.; Mariani, M.M.; Vietti, D.; Ferrero, M.E. A case of multiple sclerosis improvement following removal of heavy metal intoxication: Lessons learnt from matteo’s case. Biometals 2012, 25, 569–576. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  118. Crowe, W.; Allsopp, P.J.; Watson, G.E.; Magee, P.J.; Strain, J.J.; Armstrong, D.J.; Ball, E.; McSorley, E.M. Mercury as an environmental stimulus in the development of autoimmunity—A systematic review. Autoimmun. Rev. 2017, 16, 72–80. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  119. Pamphlett, R.; Kum Jew, S. Inorganic mercury in human astrocytes, oligodendrocytes, corticomotoneurons and the locus ceruleus: Implications for multiple sclerosis, neurodegenerative disorders and gliomas. Biometals 2018, 31, 807–819. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  120. Pourahmad, J.; Kahrizi, F.; Naderi, N.; Salimi, A.; Noorbakhsh, F.; Faizi, M.; Naserzadeh, P. Repeated administration of mercury accelerates progression of multiple sclerosis through mitochondrial dysfunction. Iran. J. Pharm. Res. 2016, 15, 834–841. [Google Scholar]
  121. Guzzi, G.; Costa, A.; Pigatto, P. Serum nse and multiple sclerosis. J. Neurol. Sci. 2015, 358, 463. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  122. Soni, R.; Bhatnagar, A.; Vivek, R.; Chaturvedi, T.; Singh, A. A systematic review on mercury toxicity from dental amalgam fillings and its management strategies. J. Sci. Res. 2012, 56, 81–92. [Google Scholar]
  123. Bjørklund, G.; Hilt, B.; Dadar, M.; Lindh, U.; Aaseth, J. Neurotoxic effects of mercury exposure in dental personnel. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2018. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  124. Cariccio, V.L.; Samà, A.; Bramanti, P.; Mazzon, E. Mercury involvement in neuronal damage and in neurodegenerative diseases. Biol. Trace Elem. Res. 2019, 187, 341–356. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  125. Tsai, C.-P.; Lee, C.T.-C. Multiple sclerosis incidence associated with the soil lead and arsenic concentrations in taiwan. PLoS ONE 2013, 8, e65911. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  126. Dehghanifiroozabadi, M.; Noferesti, P.; Amirabadizadeh, A.; Nakhaee, S.; Aaseth, J.; Noorbakhsh, F.; Mehrpour, O. Blood lead levels and multiple sclerosis: A case-control study. Mult. Scler. Relat. Disord. 2019, 27, 151–155. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  127. Alizadeh-Ghodsi, M.; Zavvari, A.; Ebrahimi-Kalan, A.; Shiri-Shahsavar, M.R.; Yousefi, B. The hypothetical roles of arsenic in multiple sclerosis by induction of inflammation and aggregation of tau protein: A commentary. Nutr. Neurosci. 2018, 21, 92–96. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  128. Jaiser, S.R.; Winston, G.P. Copper deficiency myelopathy. J. Neurol. 2010, 257, 869–881. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  129. Palm, R.; Hallmans, G. Zinc and copper in multiple sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 1982, 45, 691–698. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  130. Bredholt, M.; Frederiksen, J.L. Zinc in multiple sclerosis: A systematic review and meta-analysis. ASN Neuro 2016, 8. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  131. Zahid Rasul, N.; Naqab, K.; Samiullah, K.; Mehboob, A.; Mohammad Amjad, K. Potential application of venom proteins in designing of medicines for treating human neurodegenerative disorders. Protein Pept. Lett. 2018, 25, 633–642. [Google Scholar]
  132. Iwai, S.; Okazaki, M.; Kiuchi, Y.; Oguchi, K. Changes in mrna levels of fibrinogen subunit polypeptides in rats defibrinogenated with batroxobin. Thromb. Res. 1999, 96, 421–426. [Google Scholar] [CrossRef]
  133. Hinman, C.L.; Stevens-Truss, R.; Schwarz, C.; Hudson, R.A. Sequence determinants of modified cobra venom neurotoxin which induce immune resistance to experimental allergic encephalomyelitis: Molecular mechans for immunologic action. Immunopharmacol. Immunotoxicol. 1999, 21, 483–506. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  134. Komegae, E.N.; Souza, T.A.M.; Grund, L.Z.; Lima, C.; Lopes-Ferreira, M. Multiple functional therapeutic effects of tnp: A small stable synthetic peptide derived from fish venom in a mouse model of multiple sclerosis. PLoS ONE 2017, 12, e0171796. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  135. Ontaneda, D.; Hyland, M.; Cohen, J.A. Multiple sclerosis: New insights in pathogenesis and novel therapeutics. Annu. Rev. Med. 2012, 63, 389–404. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  136. Kamm, C.P.; Uitdehaag, B.M.; Polman, C.H. Multiple sclerosis: Current knowledge and future outlook. Eur. Neurol. 2014, 72, 132–141. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  137. Hernan, M.A.; Alonso, A.; Hernandez-Diaz, S. Tetanus vaccination and risk of multiple sclerosis: A systematic review. Neurology 2006, 67, 212–215. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  138. Alonso, A.; Jick, S.S.; Jick, H.; Hernan, M.A. Antibiotic use and risk of multiple sclerosis. Am. J. Epidemiol. 2006, 163, 997–1002. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  139. Alonso, A.; Jick, S.S.; Hernan, M.A. Allergy, histamine 1 receptor blockers, and the risk of multiple sclerosis. Neurology 2006, 66, 572–575. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  140. Ifergan, I.; Wosik, K.; Cayrol, R.; Kébir, H.; Auger, C.; Bernard, M.; Bouthillier, A.; Moumdjian, R.; Duquette, P.; Prat, A. Statins reduce human blood-brain barrier permeability and restrict leukocyte migration: Relevance to multiple sclerosis. Ann. Neurol. 2006, 60, 45–55. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  141. Mabunga, D.F.N.; Gonzales, E.L.T.; Kim, J.-w.; Kim, K.C.; Shin, C.Y. Exploring the validity of valproic acid animal model of autism. Exp. Neurobiol. 2015, 24, 285–300. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  142. Pazhoohan, S.; Satarian, L.; Asghari, A.A.; Salimi, M.; Kiani, S.; Mani, A.R.; Javan, M. Valproic acid attenuates disease symptoms and increases endogenous myelin repair by recruiting neural stem cells and oligodendrocyte progenitors in experimental autoimmune encephalomyelitis. Neurodegener. Dis. 2014, 13, 45–52. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  143. Lv, J.; Du, C.; Wei, W.; Wu, Z.; Zhao, G.; Li, Z.; Xie, X. The antiepileptic drug valproic acid restores t cell homeostasis and ameliorates pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis. J. Biol. Chem. 2012, 287, 28656–28665. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  144. Long, J.; Chang, L.; Shen, Y.; Gao, W.H.; Wu, Y.N.; Dou, H.B.; Huang, M.M.; Wang, Y.; Fang, W.Y.; Shan, J.H.; et al. Valproic acid ameliorates graft-versus-host disease by downregulating th1 and th17 cells. J. Immunol. 2015, 195, 1849–1857. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  145. Askari, V.R.; Fereydouni, N.; Baradaran Rahimi, V.; Askari, N.; Sahebkar, A.H.; Rahmanian-Devin, P.; Samzadeh-Kermani, A. B-amyrin, the cannabinoid receptors agonist, abrogates mice brain microglial cells inflammation induced by lipopolysaccharide/interferon-γ and regulates mφ1/mφ2 balances. Biomed. Pharmacother. 2018, 101, 438–446. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  146. Tanaka, M.; Moran, S.; Wen, J.; Affram, K.; Chen, T.; Symes, A.J.; Zhang, Y. Wwl70 attenuates pge(2) production derived from 2-arachidonoylglycerol in microglia by abhd6-independent mechanism. J. Neuroinflamm. 2017, 14, 7. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  147. Guo, C.; Fulp, J.W.; Jiang, Y.; Li, X.; Chojnacki, J.E.; Wu, J.; Wang, X.-Y.; Zhang, S. Development and characterization of a hydroxyl-sulfonamide analogue, 5-chloro-n-[2-(4-hydroxysulfamoyl-phenyl)-ethyl]-2-methoxy-benzamide, as a novel nlrp3 inflammasome inhibitor for potential treatment of multiple sclerosis. ACS Chem. Neurosci. 2017, 8, 2194–2201. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  148. Leonoudakis, D.; Rane, A.; Angeli, S.; Lithgow, G.J.; Andersen, J.K.; Chinta, S.J. Anti-inflammatory and neuroprotective role of natural product securinine in activated glial cells: Implications for parkinson’s disease. Med. Inflamm. 2017, 2017, 8302636. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  149. Kappos, L.; Gold, R.; Miller, D.H.; MacManus, D.G.; Havrdova, E.; Limmroth, V.; Polman, C.H.; Schmierer, K.; Yousry, T.A.; Yang, M.; et al. Efficacy and safety of oral fumarate in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis: A multicentre, randomised, double-blind, placebo-controlled phase iib study. Lancet 2008, 372, 1463–1472. [Google Scholar] [CrossRef]
  150. Stangel, M.; Linker, R.A. Dimethyl fumarate (bg-12) for the treatment of multiple sclerosis. Expert Rev. Clin. Pharmacol. 2013, 6, 355–362. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  151. Linker, R.A.; Gold, R. Dimethyl fumarate for treatment of multiple sclerosis: Mechanism of action, effectiveness, and side effects. Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2013, 13, 394. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  152. Bomprezzi, R. Dimethyl fumarate in the treatment of relapsing–remitting multiple sclerosis: An overview. Ther. Adv. Neurol. Disord. 2015, 8, 20–30. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  153. Gopal, S.; Mikulskis, A.; Gold, R.; Fox, R.J.; Dawson, K.T.; Amaravadi, L. Evidence of activation of the nrf2 pathway in multiple sclerosis patients treated with delayed-release dimethyl fumarate in the phase 3 define and confirm studies. Mult. Scler. 2017, 23, 1875–1883. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  154. Mills, E.A.; Ogrodnik, M.A.; Plave, A.; Mao-Draayer, Y. Emerging understanding of the mechanism of action for dimethyl fumarate in the treatment of multiple sclerosis. Front. Neurol. 2018, 9, 5. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  155. Vego, H.; Sand, K.L.; Høglund, R.A.; Fallang, L.-E.; Gundersen, G.; Holmøy, T.; Maghazachi, A.A. Monomethyl fumarate augments nk cell lysis of tumor cells through degranulation and the upregulation of nkp46 and cd107a. Cell Mol. Immunol. 2014, 13, 57. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  156. Maghazachi, A.A.; Sand, K.L.; Al-Jaderi, Z. Glatiramer acetate, dimethyl fumarate, and monomethyl fumarate upregulate the expression of ccr10 on the surface of natural killer cells and enhance their chemotaxis and cytotoxicity. Front. Immunol. 2016, 7, 437. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  157. Al-Jaderi, Z.; Maghazachi, A.A. Utilization of dimethyl fumarate and related molecules for treatment of multiple sclerosis, cancer, and other diseases. Front. Immunol. 2016, 7, 278. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  158. Strader, C.R.; Pearce, C.J.; Oberlies, N.H. Fingolimod (fty720): A recently approved multiple sclerosis drug based on a fungal secondary metabolite. J. Nat. Prod. 2011, 74, 900–907. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  159. Al-Jaderi, Z.; Maghazachi, A.A. Effects of vitamin d3, calcipotriol and fty720 on the expression of surface molecules and cytolytic activities of human natural killer cells and dendritic cells. Toxins (Basel) 2013, 5, 1932–1947. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

© 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

https://www.mdpi.com/2072-6651/11/3/147/htm?fbclid=IwAR3V9yBGOEVOUneyh_hiXF3T5r4m6yvLm4FmcGIWQr3w4UL83MH8ooiXPRU#B63-toxins-11-00147




Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa 2

Tämä on toinen osa progressiivisen multippeliskleroosin patogeneesiä avaavaa tutkimuskatsausta:

Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa

Tutkimuskatsauksen ensimmäinen osa maalasi MS-taudin oireiden biokemiallista taustaa heijastelevan värikkään ja hämmentävän neurologisen maiseman. Ensimmäiseen osaan voit tutustua tästä. Toisessa osassa jatketaan saman mikroskooppisen maailman kartoittamista.

CD4+ CD28-T-soluissa on oligoklonaalisia antigeenireseptoreita

Oligoklonaalisella tarkoitetaan useammasta kuin yhdestä solukloonista muodostuvaa rakennetta. Esimerkiksi immunoglobuliini-G, eli IgG on monomeerimuodossa esiintyvä ihmisen yleisin vasta-aine. IgG:n oligoklonaalisia joukkoja havaitaan lähes kaikkien multippeliskleroosia sairastavien aivo-selkäydinnesteestä (CSF), eli likvorissa. Niinpä niitä pidetään yhtenä MS-taudin diagnoosia tukevana immunologisena tunnuspiirteenä.

Oligoklonaaliset joukot (OCB) eivät kuitenkaan liity vain MS-tautiin. Niitä havaitaan myös kroonisissa keskushermostoinfektioissa. OCB-vasta-aineiden tunnistamien antigeenien tunnistamisen uskotaan antavan perustavanlaatuisia vihjeitä MS-taudin patogeneesistä.

CD4+ CD28-T-solut tuottavat suuria määriä tulehduksellisia sytokiinejä, kuten IFN-y ja GM-CSF, ja ilmentävät sytotoksisia molekyylejä, kuten NKG2D, perforiini ja grantsyymi B. Entä mitä nämä tulehdukselliset sytokiinit ovat?

  • Gammainterferoni (IFNy) on dimeroitunut liukoinen sytokiini, ja ainoa tyyppiä II olevien interferonien jäsen. Tämä interferoni tunnettiin aiemmin immuuni-interferonina.
  • Granulosyytti-makrofagipesäkkeitä stimuloiva tekijä (GM-CSF) tunnetaan myös nimellä pesäkkeitä stimuloiva tekijä 2 (CSF2), on makrofagien, T-solujen, syöjäsolujen, luonnollisten tappajasolujen, endoteelisolujen ja fibroblastien erittämä monomeerinen glykoproteiini, joka toimii sytokiininä. Toisin kuin granulosyyttipesäkkeitä stimuloiva tekijä, joka erityisesti edistää neutrofiilien lisääntymistä ja kypsymistä, GM-CSF vaikuttaa useampaan solutyyppiin, kuten makrofageihin ja eosinofiileihin.
  • GM-CSF stimuloi kantasoluja tuottamaan granulosyyttejä (neutrofiilejä, eosinofiilejä, basofiilejä) ja monosyyttejä. Monosyytit poistuvat verenkierrosta ja kulkeutuvat kudokseen, minkä jälkeen ne kypsyvät makrofageiksi ja dendriittisoluiksi. Siten se on osa immunologista ja tulehduksellista kaskadia, jossa vähäisen makrofagien määrän aktivaatio voi nopeasti johtaa niiden määrän kasvuun. Tämä on ratkaisevan tärkeää infektioiden torjunnassa. GM-CSF:llä on myös joitain vaikutuksia immuunijärjestelmän kypsiin soluihin. Näitä ovat esimerkiksi neutrofiilien kulkeutumisen tehostaminen ja solupinnalla ilmentyvien reseptorien muutoksen aiheuttaminen.
  • NKG2D on transmembraaniproteiini, joka kuuluu C-tyypin lektiinin kaltaisten reseptorien NKG2-perheeseen. NKG2D tunnistaa MIC:n ja RAET1 / ULBP-perheiden tuottamat proteiinit, jotka esiintyvät pahanlaatuisten, muuttuneiden ja infektoitujen solujen pinnalla. NKG2D on transformoituneiden ja infektoitujen solujen havaitsemisen ja tuhoamisen kannalta keskeinen tunnistusreseptori

    NK-soluissa NKG2D toimii aktivoivana reseptorina, joka kykenee laukaisemaan sytotoksisuuden. NKG2D:n tehtävä CD8+ T-soluissa on lähettää stimulointisignaaleja niiden aktivoimiseksi. Virukset solunsisäisinä patogeeneinä voivat aiheuttaa stressioligandien ilmentymistä NKG2D:lle.

    Solun vanhenemisen aikana solut säätelevät NKG2D-ligandien ilmentymistä, mikä mahdollistaa ikääntyvien solujen NK-välitteisen tappamisen rakeiden eksosytoosireitin kautta. Ikääntyvien solujen MICA- ja ULBP2-proteiinit tunnistaa NKG2D-reseptorin Natural Killer -soluissa, mikä on välttämätöntä vanhenevien solujen tehokkaalle tunnistamiselle ja eliminoinnille.

  • Perforiini on solun hajottamiseen osallistuva proteiini, jota tappaja-T-solut ja luonnolliset tappajasolut erittävät tuhotessaan kohdesolujaan. Virusinfektoituneen tai pahanlaatuiseksi muuttuneen solun tunnistaessaan tappaja-T-solu vapauttaa eksosytoosilla perforiinia ja grantsyymeja kohdesolun pinnalle. Solunulkoisen nesteen korkean kalsiumpitoisuuden vaikutuksesta perforiini liittyy kohdesolun solukalvoon, polymerisoituu ja muodostaa solukalvon läpäiseviä kanavia. Kanavien avulla solun sisälle kulkeutuu solunulkoisesta nesteestä kalsiumioneja, jotka käynnistävät kohdesolussa solukalvon korjausmekanismin. Tähän korjausmekanismiin sisältyy solukalvon vaurioituneiden osien ottaminen solun sisälle endosytoosilla. Muodostuviin endosytoosirakkuloihin kulkeutuu myös solukalvon pinnalta tappaja-T-solun erittämiä perforiini- ja grantsyymiproteiineja.
  • Grantsyymi vapautuu todennäköisesti perforiinin avustuksella endosytoosirakkuloista solulimaan, jossa se käynnistää kohdesolun apoptoitumisen.

CD4+ CD28-T-soluilla on vastaavia ominaisuuksia kuin synnynnäisillä T-soluilla. Yhdessä nämä solut voivat aiheuttaa vastaavan hermosolujen ja aksonien vaurioitumisen, kuin CD8+ T-solut.

On kuitenkin epäselvää, mitkä antigeenit tai biokemialliset tekijät laukaisevat ja / tai ohjaavat CD4+ CD28-T-solujen yleistymistä ja missä vaiheessa ne muuttuvat sytotoksisesti aktiivisiksi. Sytotoksinen aktiivisuus kuitenkin vaikuttaa kudosvaurioihin ja sen seurauksena MS-taudin etenemiseen.

Mikroglia-aktivaatio

Aktiivinen demyelinaatio ja neurodegeneraatio on yhdistetty mikroglia-aktivaatioon MS-taudin varhaisissa leesioissa. Mikroglia-solut aktivoivat aivojen parenkyymiä havaitsemaan vaarasignaaleja. Tämä tila näyttää toteutuvan lukuisissa vuorovaikutuksissa neuronien kanssa.

Tällaisia vuorovaikutuksia on kuvattu esimerkiksi CD200-CD200R-, CD47-CD172a- ja fraktalkiini-CX3CR1- välillä. Aivovaurion tai sairauden seurauksena nämä vuorovaikutukset estyvät ja mikroglia kehittyy fenotyypiltään ”aktiiviseksi”.

Tämä muutos voidaan aiheuttaa useilla mekanismeilla, kuten Th1- tai Th17-T-solujen erittämien tulehdusta edistävien sytokiinien tuotanto. Myös Tollin kaltaisten reseptorien (TLR) tunnistamien mikrobipatogeenien (PAMP) tai leusiinipitoisten toistuvien reseptorien (NLR) ilmentyminen, solunsisäisten komponenttien vapautuminen nekroottisista tai apoptoottisista soluista sekä lämpöshokkiproteiinien, väärin taittuneiden proteiinien (DAMP) tai komplementtikaskadin komponenttien läsnäolo johtaa vastaavaan mikroglia-aktivaatioon.

Mikrogia-aktivaatio ei rajoitu vaurioihin, mutta sitä esiintyy myös hajanaisesti normaalissa esiintyvässä valkoisessa ja harmaassa aineessa. Terveeltä vaikuttavassa valkeassa aineessa (NAWM) voi esiintyä aktivoituneen mikroglian klustereita. Näitä ns. Mikroglia-kyhmyjä, on runsaasti plakkien vieressä olevilla alueilla, etenkin potilailla, joilla on progressiivinen tautimuoto.

Mikroglia-kyhmyt on yhdistetty vaurioituneisiin aksoneihin, jotka ilmentävät amyloidiprekursoriproteiinin (APP) kertymistä, ja muutoksia neurofilamenttifosforylaatiossa periplakinissa* valkeassa aineessa.

  • Periplakiini on proteiini, jota ihmisissä koodaa PPL-geeni. Tämän geenin koodaama proteiini on osa desmosomien ja epidermaalisen kornifioidun vaipan keratinosyytteissä. Periplakiini muodostaa sauvadomeeninsa kautta komplekseja envoplakiinin kanssa. Tämä proteiini voi toimia linkkinä kornifioidun vaipan ja desmosomien sekä välifilamenttien välillä. AKT1 / PKB:n, proteiinikinaasin, joka välittää erilaisia solukasvun ja selviytymisen signalointiprosesseja, on ilmoitettu olevan vuorovaikutuksessa tämän proteiinin kanssa, mikä viittaa tämän proteiinin mahdolliseen rooliin lokalisointisignaalina AKT1-välitteisessä signaloinnissa. PPL:n (geeni) on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa keratiini 8:n ja Envoplakinin kanssa.

Lisäksi on havaittu suoraa spatiaalista yhteyttä mikroglia-kyhmyjen ja Wallerian rappeutumista* sairastavien aksonien välillä. Nämä havainnot osoittavat, että mikroglia-aktivaatio liittyy hermosolujen vaurioiden ja kudosten atrofian merkkeihin, mikä viittaa vahvasti siihen, että mikroglia-solut vaikuttavat keskushermoston vaurioihin progressiivisessa MS-taudissa.

  • Wallerian rappeuma on aktiivinen rappeutumisprosessi, joka syntyy, kun hermokuitu katkeaa tai vahingoittuu ja aksonin distaalinen osa (eli kauempana hermosolun rungosta) rappeutuu.Tähän liittyvä taaksepäin tapahtuva rappeutumisprosessi, tunnetaan nimellä ’Wallerian-tyyppinen rappeuma’, esiintyy monissa neurodegeneratiivisissa sairauksissa, erityisesti niissä, joissa aksonikuljetukset ovat heikentyneet, kuten ALS ja Alzheimerin tauti.

    Wallerian rappeuma tapahtuu aksonivaurion jälkeen sekä ääreishermostossa (PNS) että keskushermostossa (CNS). Se esiintyy aksonin osassa, joka on distaalinen loukkaantumispaikasta, ja alkaa yleensä 24–36 tunnin sisällä vauriosta. Ennen rappeutumista aksonin distaaliosa pyrkii pysymään sähköisesti virittyneenä. Loukkaantumisen jälkeen aksonaalirunko ja aksonikalvo hajoaa.

Aksonaalista rappeutumista seuraa myeliinivaipan hajoaminen ja solujätettä siivoavien makrofagien lisääntyminen.MS-taudisssa mikrogliaalisten solujen aiheuttamat vauriot välittyvät erilaisten mekanismien kautta, mukaan lukien tulehdusta edistävien sytokiinien, kuten IL-1, IL-6, TNF-a ja IFN-y, eritys, fagosyyttinen aktiivisuus ja antigeenien esittely CD4+ T-solujen MHC-luokan II molekyylien kautta.

Tulehdukselliset sytokiinit voivat myös aiheuttaa mitokondrioiden vaurioita sekä hermosoluissa että gliasoluissa

Mikrogliasolujen tuottamat reaktiiviset happi- ja typpilajit (ROS / RNS) aiheuttavat suoraa vahinkoa hermosoluille sytokromi C-oksidaasin (COX1) menetyksen sekä mitokondrioiden soluhengitysketjuyhdistelmän IV-aktiivisuuden menetyksen seurauksena, mikä johtaa mitokondrioiden toimintahäiriöön.

Tärkeää on, että Fe2+:n vapautuminen solunulkoiseen tilaan loukkaantuneista oligodendrosyyteistä voi vahvistaa oksidatiivisia vaurioita muodostamalla H2O2:sta (vetyperoksidista) erittäin myrkyllisiä hydroksyyli (OH) -radikaaleja.

Aktivoidun mikroglian Fe2+:n saanti vaikuttaa niiden rappeutumiseen, mikä johtaa toiseen Fe2+:n vapautumisaaltoon. Se voi lisätä ympäröivien kudosten alttiutta vapaiden radikaalien ohjaamalle aksoneiden ja hermosolujen tuhoamiselle.

MS-taudin etenemiseen mahdollisesti liittyvät mekanismit

  1. Progressiivisessa MS-taudissa tulehdusilmiöt, jotka johtavat aksonin rappeutumiseen ja tuhoutumiseen, vaikuttavat keskushermostoon. Solukomponentteja edustavat solut (T- ja B-lymfosyytit) sekä paikalliset keskushermostosolut (mikroglia-solut ja astrosyytit).B-solut voivat muodostaa ektooppisia rakenteita, jotka muistuttavat tertiäärisiä imusolmukkeita, tuottamalla vasta-aineita myeliini- ja ei-myeliiniantigeenejä vastaan. Näillä on tärkeä rooli aksonaalisissa ja hermosoluissa tapahtuvassa vaurioitumisessa komplementtikaskadiaktivaation kautta. CD8+ -lymfosyytit voivat tunnistaa spesifiset aksonaaliset antigeenit ja tuottaa kudosvaurioita perforiinin tai gransyymien A ja B erityksen kautta.Autoreaktiiviset CD4+ Th1- ja Th17-lymfosyytit voivat aktivoida mikrogliaalisia soluja, jotka puolestaan tuottavat tulehdusta edistäviä sytokineja (IL-1, IL 6, TNF-a) tai hapen tai typen vapaita radikaaleja (ROS / RNS) aiheuttaen aksonivaurioita ja hermosolujen menetyksiä sivullisten mekanismin kautta.
  2. Demyelinaation jälkeen energiantarve kasvaa paranodaalisten myeliinisilmukoiden häiriöiden vuoksi. Hermosolujen ATP-tuotannon väheneminen johtaa Na+ / K+ -pumpun häiriöön. Tämä tuottaa jatkuvaa natriumvirtaa, joka ajaa käänteistä natrium / kalsiumvaihtoa ja aiheuttaa kalsiumin kumuloitumista aksoniin. Tämä puolestaan aktivoi hajoavia entsyymejä, kuten proteaasit, fosfolipaasit ja kalpaiinit, mikä johtaa edelleen hermosolujen ja / tai aksonien vaurioihin sekä heikentyneeseen ATP-tuotantoon.
  3. Aksonaalivauriot voivat johtua huonosta troofisesta (ravinnonottoon liittyvästä) tuesta. Oligodendrosyytit sieppaavat glukoosia verenkierrosta ja hajottavat sen glykolyysissä pyruvaateiksi, ATP-molekyyleiksi ja laktaatiksi. Solujen mitokondriot jatkavat pyruvaattien energia-aineenvaihduntaa sitruunahappokierrossa ja elektroninsiirtoketjussa. Vaihtoehtoinen energialähde aksoneille tulee astrosyytteihin varastoituneesta glykogeenistä, joka voidaan hajottaa glukoosiksi ja myöhemmin pyruvaatiksi tai laktaatiksi hapen saatavuuden mukaan.
  4. Useat mekanismit aiheuttavat mikroglia-aktivaation, mukaan lukien Th1- tai Th17-T-solut, mikrobipatogeenien (PAMP) läsnäolo, jotka Tollin kaltaiset reseptorit (TLR) tai leusiinipitoiset toistoa sisältävät reseptorit (NLR) tunnistavat; solunsisäisten komponenttien vapautuminen nekroottisista tai apoptoottisista soluista; lämpöshokkiproteiinien, väärin taittuneiden proteiinien (DAMP) tai komplementtikaskadin komponenttien läsnäolo.Kun ne mikroglia-solut aktivoituvat, ne saavat aikaan astrosyyttien aktivaation ja lisääntymisen, mikä johtaa astroglioosiin, eli reaktiivisten astrosyyttien lisääntymiseen

Progressiivisessa MS-taudissa aivokuoren demyelinoiduissa leesioissa ei ole tulehduksellisia lymfosyyttien tai makrofagien infiltraatteja, eikä niissä ole komplementtikerrostumia

Suurin osa fagosyyteista (syöjäsoluista) asemoituu mikrogliaan lähelle neuriitteja ja hermosolujen rakenteita. Aktivoidulla mikroglialla on myös joukko hermosoluja suojaavia neuroprotektiivisia toimintoja, kuten kuolleiden solujen yms. jätteiden fagosytoosi ja siivous, kasvutekijöiden tuotanto ja hermosolujen muokkaaminen.

Neuroprotektiivisten mikroglia-solujen erottaminen tulehdusta ehkäisevistä solutyypeistä on edelleen haaste mikroglia-solujen toiminnan tulkinnassa.

On epäselvää, kuinka varhaisessa vaiheessa MS-taudin aikana nämä rappeuttavat tapahtumat alkavat. Tulevat in vivo -tutkimukset, jotka yhdistävät mikroglia-aktivaation paikalliseen aivokuoren atrofian tai toimintahäiriön tasoon sekä vammaisuuden etenemiseen yksittäisillä koehenkilöillä, auttaisivat parantamaan ymmärrystä aivokuoripatologian seurauksista taudin eri vaiheissa.

Tässä yhteydessä mikroglia-positroniemissiotomografiakuvat (v) in vivo (PET) voisivat selventää aktivoidun mikroglian roolia MS-tautiin liittyvässä hermoston rappeutumisessa. Selektiivisen translokaattoriproteiinin (TSPO) radioligandin 11C-PK11195 käyttö mahdollistaa aktivoidun mikroglian havaitsemisen PET:llä. TSPO on proteiini, jota ilmentyy mikrogliaalisten solujen ulommalla mitokondriokalvolla, terveessä keskushermostossa matalilla tasoilla, mutta sitä säätelee mikroglia-aktivaatio, mikä tekee TSPO:sta herkän ”reaaliaikaisen” aktivaatiomarkkerin.

Keskushermostoon kohdistuvassa ei-neoplastisessa vaurioissa ilman BBB-vaurioita mikroglia on tärkein solupopulaatio, joka ilmentää TSPO:ta. Verisuonista peräisin olevat makrofagit, reaktiiviset astrosyytit ja verisuoniston endoteelisolut ilmentävät kuitenkin TSPO:ta. Kuvantamistutkimukset, joissa käytettiin TSPO-radioligandia 11C-PK11195, ovat osoittaneet, että mikrogliasolujen aktivaatio tapahtuu MS-taudin varhaisessa vaiheessa ja näyttää olevan yhteydessä invaliditeetin asteeseen ja aivojen atrofiaan.

SPMS-potilaiden NAWM:ssä TSPO:n sitoutuminen lisääntyy merkittävästi verrattuna ikään sovitettuihin terveisiin verrokkeihin. PET-kuvantamista voidaan käyttää myös erottamaan aktiiviset ja passiiviset krooniset vauriot. Hitaasti laajenevien kroonisten aktiivisten vaurioiden uskotaan edistävän MS-taudin etenemistä. Plakin kinetiikan havaitseminen in vivo tarjoaa todennäköisesti uutta tietoa taustalla olevasta patologiasta, joka ajaa progressiota.

Kuten muissakin neurodegeneratiivisissa häiriöissä, mikroglian lisääntyminen ja aktivaatio on ensisijainen mekanismi astrosytoosin taustalla

Vaikka tutkimuksissa astrosyytit selviytyivät tulehduksen ja ROS / RNS:n aiheuttamasta oksidatiivisesta stressistä, niissä oli silti vaurion merkkejä, mikä heijastui lähinnä solumorfologian ja molekyyliekspression muutoksiin.

Arpikudos koostuu pääasiassa astrosyyteistä, mutta vakavissa vaurioissa esiintyy myös vuorovaikutusta muiden solutyyppien, kuten oligodendrosyyttien esisolujen, ja fibromeningeaalisten solujen kanssa.

Astrosyytteissä on havaittu useita spesifisiä molekulaarisia ja morfologisia piirteitä reaktiivisen astroglioosin aikana sekä ihmisen patologiassa että eläinmalleissa, joista gliaalifibrillaarihappoproteiinin (GFAP), vimentiinin, nestiinin ja vähemmän tutkitun synemiinin säätely ovat tunnusmerkkejä.

Gliaaliarvet näkyvät MS-potilaiden kudoksissa ja ympäröivät demyelinoituneita alueita. Arpien muodostumisen merkitys näyttäisi olevan vahingoittuneiden keskushermoston alueiden eristäminen kudosten tuhoutumisen leviämisen estämiseksi.

Gliaaliarpien jäykkyys johtaa kuitenkin sekä remyelinaation että aksonien regeneroitumisen estymiseen. Molemmat vaikutukset välittyvät eri mekanismien kautta. Astrosyyttien FGF-2:n liiallinen eritys voi olla haitallista remyelinaatiolle, mikä puolestaan edistää oliogodendrosyyttien esiastesolujen (OPC) lisääntymistä ja eloonjäämistä, mutta estää niiden kypsymisen.

Toinen molekyyli, jolla näyttää olevan tärkeä rooli OPC:n kypsymisen estämisessä, on glykosaminoglykaanihyaluronaani (glycosaminoglycan hyaluronan), jota esiintyy solunulkoisessa matriksissa ja keskushermoston valkeassa aineessa. Hyaluronaanin kanssa paikallistuvat oligodendrosyytit ilmentävät näiden solujen kypsymätöntä fenotyyppiä, ja oligodendrosyyttien esiastesolujen in vitro -hoito hyaluronaanilla estää solujen kypsymisen.

Vahingoittuneiden alueiden astrosyytit vapauttavat estäviä solunulkoisia matriksimolekyylejä, jotka tunnetaan kondroitiinisulfaattiproteoglykaaneina (CSPG) ja jotka voivat vakavasti loukkaantuneilla alueilla vaikuttaa sekä kasvukartioarkkitehtuurin sytoskeletoniin (solun tukirankaan) että kalvokomponentteihin.

CSPG:t ovat molekyyliperhe, jolle on tunnusomaista proteiinisydän, johon on kiinnittynyt erittäin sulfatoituneita glykosaminoglykaaniketjuja (GAG). Neurokaani (eritetty) ja brevikaani (soluun sitoutunut) ovat tärkeimmät astrosyyttien tuottamat proteoglykaanit in vitro, ja molempien on osoitettu estävän aksonin kasvua keskushermostovaurioiden jälkeen.

On vahvaa näyttöä siitä, että astrosyytit tuottavat liikaa kondroitiinisulfaattiproteoglykaaneita, kun niistä tulee reaktiivisia, ja että CSPG:n estävä aktiivisuus riippuu GAG-pitoisuudesta, koska GAG-ketjujen poistaminen proteiinisydämestä tukahduttaa CSPG:n välittämän eston. Kondroitiinisulfaattiproteoglykaanien (CSPG) lisäksi muut astrosyyttien ilmentämät vähemmän tutkitut estomolekyylit voivat tukahduttaa aksonikasvua.

Efriinit (EPH) ja niiden reseptorit erittyvät esimerkiksi normaalien astrosyyttien toimesta ja lisääntyvät MS-vaurioissa, mikä aiheuttaa aksonikasvukartion romahtamisen aktivoimalla aksoniin sitoutuneen EPH-tyrosiinireseptorikinaasin.

Astrosyytit osana immuunijärjestelmää voivat edistää MS-taudin etenemistä useiden mekanismien avulla

Ensinnäkin ne voivat vaikuttaa suoraan solujen pääsyyn keskushermostoon veri-aivoesteen läpi säätelemällä adheesiomolekyylien – erityisesti verisuonten adheesiomolekyyli-1 (VCAM-1) ja solujen välinen adheesiomolekyyli-1 (ICAM-1), ilmentymistä.

Toiseksi astrosyytit erittävät erilaisia kemokiinejä, kuten CCL-2 (MCP-1), CCL5 (RANTES), IP-10 (CXCL10), CXCL12 (SDF-1) ja IL-8 (CXCL8), jotka houkuttelevat perifeerisiä immuunisoluja ( esim. T-solut, monosyytit ja DC:t) sekä paikallisia keskushermostosoluja (mikroglia) vaurioalueille.

Astrosyytit voivat erittää GM-CSF:ää, M-CSF:ää tai TGF-β: ta, jotka säätävät MHC-luokan II molekyylien ilmentymistä mikroglialla ja jopa niiden fagosytoosia

Tämä voisi olla ensisijainen mekanismi, jonka kautta astrosyytit jatkavat immuunivälitteistä demyelinaatiota ja hermoston rappeutumista.

Hiljattain tehdyt eläintutkimukset havaitsivat, että EAE:n kroonisissa vaiheissa astrosyyttien ehtyminen lievittää taudin vakavuutta. Tämä astrosyyttien vahingollinen vaikutus EAE:ssa välittyy ensisijaisesti 4-galaktosyylitransferaasin 5 ja 6 (B4GALT5 ja B4GALT6) vaikutuksesta.

B4GALT6:tta ilmentävät myös reaktiiviset astrosyytit ihmisen MS-leesioissa. Nämä entsyymit syntetisoivat signalointimolekyylin laktosyyliseramidia (LacCer), jonka keskushermostossa ilmentyminen lisääntyy merkittävästi EAE:n progressiivisten vaiheiden aikana.

LacCer edistää astrosyyttien aktivaatiota autokriinisellä tavalla indusoimalla GM-CSF- ja CCL2-geenejä, aktivoimalla mikrogliaa ja aiheuttamalla vastaavasti monosyyttien tunkeutumista verestä.

B4GALT6:n estäminen hiirikokeissa pysäyttää keskushermoston neurodegeneraation EAE:ssa ja hillitseee myös ihmisen astrosyyttien aktivaatiota in vitro

Astrosyytit ilmentävät normaalissa keskushermostossa pysyvää (konstitutiivista) B-solua aktivoivaa tekijää (BAFF), joka on välttämätöntä B-solujen kehitykselle ja immunoglobuliinituotannolle.

MS-vaurioissa ja EAE:ta sairastavissa hiirissä BAFF:n ilmentymistä astrosyytteissä säätelee lisääntyvä vaste ärsykkeelle (up-regulated), mikä viittaa siihen, että astrosyytit voivat edistää B-soluista riippuvaisen autoimmuniteetin kehittymistä.

Luontaisten immuunisolujen tärkeä tehtävä on toimia antigeeniä esittelevinä soluina. Vaikka astrosyytit ilmentävät MHC-luokan I ja luokan II molekyylejä, jotka kykenevät esittelemään myeliiniantigeenejä, niiden kyky ilmentää myös stimuloivia molekyylejä, kuten CD40, CD80 ja CD86, haastaa tämän toiminnon, mikä tekee niiden lopullisesta vaikutuksesta epäselvän.

Sen lisäksi, että astrosyytit ovat osa immuunijärjestelmää, ne edistävät MS:n etenemistä tuottamalla sytotoksisia tekijöitä.

Jyrsijöillä IL-17- ja IFN-y-stimuloidut astrosyytit aiheuttavat typpioksidisyntaasia (iNOS). IL-1 ja yhdistetty altistus TGF-β:lla ja IFN-y:llä lisää astrosyyttien erittämän typpioksidin (NO) prosentuaalista osuutta, mikä on yksi merkittävimmistä vaurioita aiheuttavista molekyyleistä hermoston rappeutumisessa.

NO (typpioksidi) stimuloi glutamaatin vapautumista astrosyyteistä, mikä lisää edelleen hermosolun jatkuvaa stimulaatiota välittäjäaine glutamaatilla (eksitoksisuutta, joka on häiriö glutamaatin aineenvaihdunnassa).

Typpioksidin (NO) hallitseva osuus eksitotoksisuuteen (eli glutamaatin aineenvaihduntahäiriöön) riippuu lisääntyneestä superoksidi-ioni O2-tuotannosta, joka reagoi typpioksidin kanssa muodostaen peroksinitriitin (ONOO−) ja johtaa hermosolujen nekroosiin (kuolio) tai apoptoosiin (ohjattu solukuolema) sen pitoisuudesta riippuen.

Peroksinitriitti inaktivoi glutamaattikuljettimet astrosyytteissä vahingoittamalla suoraan myeliiniä, oligodendrosyyttejä ja aksoneja

Astrosyyttien kuljettajien vähentynyt glutamaatin saanti voi myös vaikuttaa epänormaaliin solunulkoisen glutamaattitasoon, joka on myrkyllistä oligodendrosyytteille, aksoneille ja neuroneille.

Eksitotoksisuus johtuu pääasiassa glutamaattireseptorien pitkäaikaisesta aktivoitumisesta ja massiivisesta Ca2+ -virtauksesta elinkelpoisiin hermosoluihin, mikä puolestaan johtaa muutoksiin mikrotubuluksissa ja neurofilamenttien fosforylaatiossa, ja aiheuttaa lopulta aksonin tukirangan hajoamiseen.

Astrosyytteillä on kaksoisrooli, joka ei ainoastaan edesauta aksonin rappeutumista, vaan myös luo sallivan ympäristön, joka edistää remyelinoitumista. Astrosyyttien todellinen vaikutus MS-taudin patogeneesiin ja tulehduksen korjaamiseen riippuu siis useista tekijöistä, kuten loukkaantumisen jälkeinen ajoitus, vaurion tyyppi ja ympäröivä mikroympäristö sekä vuorovaikutus muiden solutyyppien kanssa ja niiden aktivoitumiseen vaikuttavat tekijät.

Ionikanavien ja aksonivaurioiden uudelleenjakautuminen

Koska patologiset tulokset ja tulehdukseen liittyvien aksonien määrä korreloivat MS-taudin tulehdusasteen kanssa, suuri kiinnostus kohdistuu synnynnäisen immuunijärjestelmän vapauttamiin neurotoksisiin tuotteisiin, kuten makrofageihin, mikroglia-soluihin ja astrosyytteihin.

Mitokondriot ja mitokondrioiden DNA (mtDNA) ovat erittäin alttiita hapettumisvaurioille. ROS ja RNS aiheuttavat mitokondrioihin entsyymivajetta, joka voi olla joko palautuva tai peruuttamaton.

MS-taudissa aktiiviset leesiot osoittavat mitokondrioiden diffuusia vaurioitumista, mikä tekee energian puutteellisesta saannista tärkeimmän mekanismin toiminnallisten ja rakenteellisten oireiden taustalla.

Progressiivisessa MS-taudissa mitokondriovauriot ilmenevät harmaassa aineessa. Aivokuoren syvemmissä kerroksissa olevat hermosolujen soluelimet osoittavat sekä heikentynyttä mitokondrioiden aktiivisuutta hengitysketjukomplekseissa että muutoksia moottoriproteiineissa, jotka ovat vastuussa mitokondrioiden liikkumisesta solurungosta aksoneihin.

Aksonaalikuljetus on välttämätöntä hermosolujen terveydelle, ja se on osallisena erilaisissa hermostoa rappeuttavissa olosuhteissa. Mitokondrioita, kuten muita kalvorakenteita, kuljettaa aksonia pitkin kaksi suurta mikrotubuluspohjaisten molekyylimoottorien perhettä, kinesiiniperhe, joka välittää anterogradisen kuljetuksen pois solurungosta aksoniterminaaliin päin, ja sytoplasmallinen dyneiini, joka ajaa retrogradista liikettä distaalisesta aksonista kohti solurunkoa.

Progressiivista MS-tautia sairastavilla kinesiinin vähenemisen aiheuttamaa mitokondrioiden kuljetusvajetta esiintyy erityisesti ei-demyelinoidussa aivokuoressa. Tällaiset muutokset edeltävät rakenteellisia aksonivaurioita ja morfologisia muutoksia mitokondrioissa.

Etenevässä MS-taudissa syvempien aivokuorikerroksien neuroneissa esiintyy mitokondrioita, joissa on mtDNA-deleetioita, mikä viittaa solujen kiihtyneeseen ikääntymiseen

Deleetion taustalla on useimmiten kromosomin katkeaminen kahdesta eri kohdasta, jolloin irronnut pala häviää. Tämän seurauksena väistämättä myös osa perintöaineksesta eli geeneistä häviää, mikä aiheuttaa kehityshäiriöitä. Deleetion seurauksena vastinkromosomin resessiivisetkin alleelit tulevat näkyviin fenotyypissä.

Mitokondrioiden poikkeavuuksien seuraukset hermosolujen rungoissa ja aksoneissa ovat kaksinkertaiset.

Ensinnäkin mitokondrioiden toimintahäiriö johtaa energian puutteeseen, joka lievissä muodoissa aiheuttaa toiminnallisia häiriöitä ilman rakenteellisten vaurioita. Kuitenkin, kun vaurio ylittää tietyn kynnyksen, energian puute johtaa aksonin rappeutumiseen ja solukuolemaan.

Kun hermosysteemi on menettänyt varauksensa, se on kyvyttömämpi spontaaniin toipumiseen. Siten sen kyky toiminnalliseen parantumiseen on heikentynyt.

Toiseksi mitokondriovauriot vahvistavat oksidatiivista stressiä vapauttamalla happiradikaaleja, jotka syntyvät heikentyneen soluhengitysketjun toiminnan seurauksena, mikä luo kudoksen tuhoutumisen kierteen. Demyelinaation jälkeen seuraa tiettyjen Na+ -kanavien isoformien (Nav 1.1 ja Nav 1.6) uudelleenjakautuminen myymeloimattomalla segmentillä, mikä johtaa lisääntyneeseen natriumvirtaan.

Na+ -kanavien varhainen uudelleenjako MS-plakkien ja EAE:n valkeassa aineessa hajonneilla aksoneilla mahdollistaa toimintapotentiaalien jatkumisen MS-taudin kliinisen toiminnan palautumisen yhteydessä.

Nav 1.6 tuottaa pysyvän sähkövirran, joka on suurempi kuin Nav 1.2:n, on paikallistettu Na+ / Ca2+ -vaihtimen ja APP:n kanssa, mikä viittaa aksonin vaurioitumiseen. Nav 1.2 voi puolestaan edistää mukautuvaa toimintoa, jolla on rajallinen kyky ylläpitää toimintapotentiaalien korkeataajuista johtumista. Ne voivat myötävaikuttaa hitaaseen depolarisoitumiseen edistämällä ulkoisia polttomalleja demyelinaation jälkeen.

Mitokondrioiden hidas aksonaalinen kuljetus sekä mitokondrioiden vauriot voivat johtaa Na+ / K+ ATPaasipumpun vaurioitumiseen, mikä tuottaa pysyvän natriumvirran. Aksoplasmaan kertynyt Na+ korvataan Ca2+:lla Na+ / Ca2+ -vaihtimen käänteisen toiminnan kautta.

Lisääntynyt intraaksonaalinen Ca2+ aktivoi erilaisia katabolisia entsyymejä, mukaan lukien proteaasit, fosfolipaasit ja kalpaiinit, mikä lopulta johtaa solun tukirangan proteiinien progressiiviseen proteolyyttiseen hajoamiseen.

Solunsisäinen Ca2+: n kasvu johtaa mikrotubulusten ja neurofilamenttien (NF) fosforylaation muutoksiin, mikä aiheuttaa solun tukirangan (sytoskeletti) hajoamisen. Lisää vahingollista Ca2+:n kertymistä aksoneihin aiheutuu L- ja N-tyypin Ca2+ -kanavien sisäänvirtauksen kautta sekä vapautumalla solunsisäisistä varastoista aksoplasmisessa verkkokalvossa. Epänormaali Ca2+:n aksonaalinen kertyminen voi johtua myös glutamaattineurotoksisuudesta, joka muuttaa solunsisäistä Ca2+-homeostaasia aksonien AMPA / kainaatti- ja metabotrooppisten glutamaattireseptorien välittämän mekanismin kautta.

Na+ -kanavien lisäksi muilla ionikanavilla on rinnakkaisia adaptiivisia muutoksia tulehduksellisiin ärsykkeisiin: esim. muuttamalla niiden jakautumista hermosoluissa alkukompensoivana mekanismina johtokyvyn ja aksonin eheyden säilyttämiseksi.

Jänniteportoitujen Ca2+ -kanavien uudelleenjako, transienttipotentiaalireseptorit melastatiini 4 (TRPM4) ja happoa tuntevat ionikanavat 1 (ASIC1) aiheuttavat ylimääräistä Ca2+ -kuormitusta aiheuttaen edelleen vaurioita aksoneihin.

Neurofilamenttien epänormaalit kertymät ovat monien neurodegeneratiivisten häiriöiden patologinen tunnusmerkki

Neurofilamentit (NF) luokitellaan tyypin IV välituotesäikeiksi, joita esiintyy neuronien sytoplasmassa. Ne ovat proteiinipolymeerejä, joiden halkaisija on 10 nm ja pituus monta mikrometriä. Yhdessä mikrotubulusten (~ 25 nm) ja mikrofilamenttien (7 nm) kanssa ne muodostavat hermosolujen tukirangan (sytoskeletin).

Niiden uskotaan toimivan ensisijaisesti aksoneiden rakenteellisena tukena ja aksonin halkaisijan säätelijänä. Halkaisijaa vaikuttaa hermon johtumisnopeuteen. Neurofilamentteja muodostavat proteiinit ovat välifilamenttiproteiiniperheen jäseniä, joka on jaettu kuuteen tyyppiin niiden geenijärjestelyn ja proteiinirakenteen perusteella.

Tyypit I ja II ovat keratiinit, jotka ilmentyvät epiteelissä. Tyyppi III sisältää proteiinit vimentiini, desmiini, perifeeri ja gliaalifibrillaarihappoproteiini (GFAP). Tyyppi IV koostuu neurofilamenttiproteiineista L, M, H ja internexiinista. Tyyppi V koostuu ydinlaminoista ja tyyppi VI koostuu proteiinista nestiini. Tyypin IV välifilamenttigeeneillä kaikilla on kaksi ainutlaatuista intronia, joita ei löydy muista välifilamenttigeenisekvensseistä, mikä viittaa yhteiseen evoluutiolähteeseen yhdestä primitiivisestä tyypin IV geenistä.

Neurofilamentin kevyen (NfL), keskiraskaan- (NfM) ja raskaan ketjuproteiinin (NfH) alayksiköiden rooli neurodegeneraation ja aksonivaurioiden biomarkkereina kiinnostaa tutkijoita, koska ne ovat solun tukirangan eli sytoskeletin rakennustelineitä. Neurofilamenteilla on tärkeä rooli aksonin radiaaliselle kasvulle ja vakaudelle, mikä mahdollistaa hermon tehokkaan johtumisnopeuden sekä dendriittisen haarautumisen ja kasvun.

Neuroflamentteja esiintyy yksinomaan hermosoluissa. Niiden määrä saavuttaa epänormaalin tason aksonivaurioiden ja lopulta hermosolujen kuoleman seurauksena. Normaaleissa olosuhteissa neurofilamentit ovat erittäin vakaita aksonien sisällä ja niiden vaihtuvuus on vähäistä.

Aksonaalisia vaurioita aiheuttavat patologiset prosessit vapauttavat neurofilamentti-proteiineja selkäydinnesteeseen (CSF) ja perifeeriseen vereen vahingon laajuudesta riippuen

MS-taudin tutkimukset ovat osoittaneet että NfLn määrä selkäydinnesteessä liittyi taudin aktiivisuuden ja invaliditeetin asteeseen. Lisäksi NfL:n määrä selkäydinnesteessä laskee taudin modifiointiterapioiden seurauksena, mikä viittaa siihen, että NfL:ää voidaan käyttää terapian tehon seuraamiseen.

Lupaavista MS-tautiin liittyvistä kliinisistä löydöksistä huolimatta merkittävä este NfL-arvioinnin laajalle soveltamiselle MS-tutkimuksessa ja kliinisessä käytännössä on ollut selkäydinnesteen näytteenoton tarve, ongelma, joka on voitettu käyttämällä neljännen sukupolven immunomäärityksiä, jotka mahdollistavat seerumin NfL-tasojen arvioinnin.

Seerumin korkeat NfL-tasot korreloivat MS-taudin vakavuuden ja ivalidisoitumisen kassa. Lääkehoitoa saavilla potilailla on matalampi seerumin NfL-arvo kuin hoitamattomilla potilailla, mikä osoittaa, että muutos NfL-tasoissa on kertoo hoitovasteesta.

Potilailla, joiden seerumin NfL-tasot olivat korkeat jo taudin alussa, esiintyi huomattavasti enemmän aivojen ja selkäytimen atrofiaa 2 ja 5 vuoden seurannan aikana. Nämä havainnot osoittavat yhdessä, että seerumin NfL-tasot voivat olla hyödyllinen merkki aksonivaurioista, kun käytetään riittävää havainnointitekniikkaa.

Myeliinitroofismin häiriö johtaa aksonaaliseen rappeutumiseen

Troofismi viittaa solun ja kudoksen ravinnonottoon. Vaikka myeliiniä pidetään perinteisesti passiivisena eristävänä rakenteena, viimeisimmät havainnot osoittavat, että sillä voi olla dynaamisempi rooli. Myeliini on metabolisesti aktiivinen, mikä sallii makromolekyylien liikkumisen periksonaaliseen tilaan, mikä vaikuttaa merkittävästi aksonien terveyteen ja hermosolujen selviytymiseen.

Kun myelinaatio on saatu päätökseen, oligodendrosyyttien päätehtävä on tarjota runsaasti energiaa sisältäviä substraatteja aksoneille, joita tarvitaan nopeaan aksonaaliseen kuljetukseen. Lisäksi resurssien tehokkaaseen rekrytointiin on olemassa kaksisuuntainen signalointi, jolloin aksonit ilmoittavat myelinisoiville soluilleen aineenvaihduntatarpeet suhteessa aktiivisuuteensa.

Myeliinivaippaa ja sen alapuolista aksonia tulisi sen vuoksi pitää funktionaalisena yksikkönä, joka on kytketty paitsi morfologisella, myös metabolisella tasolla. Eläintutkimukset ovat osoittaneet, että oligodendrosyyteillä on kriittinen rooli aksonien ja neuronien ylläpidossa ja pitkäaikaisessa selviytymisessä.

Oligodendrosyyttispesifisen Plp1-geenin mutaatiot, jotka koodaavat PLP / DM20: ta myeliinivaipan rakenteelliseksi komponentiksi, kehittävät progressiivista aksonaalista keskushermoston rappeutumista vanhemmassa iässä.

Jokaisella oligodendrogliaalisella proteiinilla on erillinen rooli myelinisoidun aksonin toiminnan tukemisessa. Aksonaalista rappeutumista edeltävä aksonipatologia sisältää muuttuneen aksonikuljetuksen ja aksonimunan muodostumisen. Nämä havainnot ovat näkyvämpiä paranodaalisilla alueilla, joilla myeliini-aksonaalinen viestintä tapahtuu todennäköisimmin, ja muistuttavat suuresti MS-potilaiden keskushermostokudoksessa havaittuja muutoksia. Eläinmallien havainnot viittaavat siihen, että oligodendrosyyttien myeliiniä tuottava funktio ei liity niiden rooliin aksonin säilyttämisessä ja että oligodendrosyytit itse ovat kriittisiä aksonitoiminnon ylläpitämiselle ja selviytymiselle.

Kehityksensä aikana oligodendrosyytit hyödyntävät glukoosia ja laktaattia, jotta nopea myelinaatio syntetisoisi suuria määriä lipidejä.

Kun myelinaatio on valmis, oligodendrosyytteistä peräisin oleva laktaatti ja pyruvaatti voidaan ottaa mitokondrioiden ATP-tuotantoon, mikä tukee solujen energiantarpeita. Kokeet ovat osoittaneet, että monokarboksyylihappokuljettajat (MCT) ovat kriittisiä aksonaalisen eheyden ylläpitämiseksi.

Sekvenssihomologian perusteella on tunnistettu 16 MCT-jäsentä, joista vain MCT1, 2 ja 4 löytyvät keskushermostosta. Kun oligodendrosyytit keräävät solunsisäistä laktaattia, tämä substraatti voi virrata MCT1:n läpi periksonaaliseen tilaan, jossa neuronit sieppaavat sen MCT2:n kautta ja metabolisoivat sen energiantarpeen täydentämiseksi.

Erityisesti MCT1:n sekä geneettinen että farmakologinen alasregulaatio*, jota esiintyy melkein yksinomaan oligodendrosyyteissä, johtaa aksonin rappeutumiseen ja hermosolujen menetykseen sekä in vivo (elävässä organismissa) että in vitro (koeputkessa) ilman ilmeisiä oligodendrosyyttien vaurioita.

*alasregulaatio on prosessi, jossa solu vähentää solukomponentin, kuten RNA: n tai proteiinin määrää vasteena ulkoiselle ärsykkeelle

Vaikka edellä mainitut havainnot tarjoavat vahvaa näyttöä oligodendrosyyttien roolista aksonien suorassa energiantuotannossa, myös muut solut, kuten astrosyytit, voivat osallistua. Astrosyytit ovat pohjimmiltaan ainoat solut, jotka sisältävät glykogeenia keskushermostossa, ja glykogeenimetabolia, jota seuraa glykolyysi, tarjoaa laktaatin lähteen muille soluille. Tutkimukset osoittavat, että astrosyytit siirtävät energiametaboliitteja suoraan oligodendrosyytteihin, jotka puolestaan tukevat hermosolujen ja aksonien aineenvaihduntaa, kuten aiemmin on käsitelty.

Astrosyyttien ja myelinoivien solujen väliset yhteydet tapahtuvat konneksiinien (Cx) muodostamien aukkoyhteyksien kautta. Nämä aukkoyhteydet käsittävät Cx32:n ja Cx47:n ilmentyneinä oligodendrosyyteillä, jotka muodostavat heteromeerisiä kanavia astrosyyttien kanssa Cx30:n ja Cx43:n kautta.

Cx43:n menetys estää glukoosin kulkeutumisen oligodendrosyyttisolujen kantasoluihin ja niiden lisääntymiseen, mikä puolestaan voi vaikuttaa oligodendrogeneesiin ja oligodendrosyyttien metaboliseen tukeen.

Kaiken kaikkiaan nämä havainnot tarjoavat uusia näkökulmia oligodendrosyyttien ja astrosyyttien roolista MS-taudin patogeneesissä. Kaksisuuntaisten signalointireittien tunnistaminen, joilla oligodendrosyytit vaikuttavat aksonimetaboliaan, on erittäin merkityksellistä MS-taudin etenemisen ymmärtämiseksi.

Efektiivisten MS-taudin tehokkaiden hoitomuotojen tunnistaminen on edelleen prioriteetti ja haaste MS-yhteisölle

Uusien ja tehokkaiden hoitostrategioiden kehittämiseksi on tarpeen ymmärtää paremmin tautiin liittyvät patologiset mekanismit.

Tässä artikkelissa kirjoittajat ovat tiivistäneet joitakin tärkeimmistä mekanismeista, jotka liittyvät MS-taudin etenemiseen. Epäilemättä lisätutkimukset johtavat parempaan ymmärrykseen demyelinaatio- / remyelinoitumisprosesseista sekä gliasolujen merkityksestä hermosolujen homeostaasissa ja hermosolujen rappeutumisessa.

Tehokkaiden hoitomuotojen kehittäminen riippuu suurelta osin taudin patogeneesin kattavasta ymmärryksestä, eläinmalleista, jotka sisältävät nämä patogeeniset ominaisuudet, uusista koemalleista sekä uusista lääkäreiden ja perustutkijoiden yhteistyömalleista.

Pahoittelen, jos tekstiin jäi kirjoitus- tai asiavirheitä. Aineevaihduntaa ja biokemiallisia prosesseja käsittelevän tekstin ymmärrettäväksi suomentaminen on haastavaa. Minäkin vasta harjoittelen. Aihe on kuitenkin tavattoman kiinnostava.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6466454/




Kuinka ravinto ja elintavat vaikuttavat MS-taudin etenemiseen? Osa 1

Ravinto ja elintavat vaikuttavat MS-taudin etenemistä kiihdyttäen tai hidastaen, kirjoittavat Paolo Riccio ja Rocco Rossano PubMedissa julkaistussa laajassa tutkimuskatsauksessa.

Ravinnolla on inflammaatiota säätelevä vaikutus sekä aaltoilevasti etenevässä että ensisijaisesti etenevässä MS-taudissa. Matala-asteista tulehdusta hillitsevä ruokavalio voi rauhoittaa MS-taudin oireita ja hidastaa taudin pahenemista.

Liikunta ja vähäenerginen, paljon vihanneksia, hedelmiä, palkokasveja, kalaa, hyviä rasvoja sekä pre- ja probiootteja sisältävä ruokavalio ylläpitää suoliston mikrobiomin hyvinvointia ja hillitsee matala-asteista tulehdusta sekä oksidatiivista stressiä.

Raskas, paljon suolaa, punaista lihaa, nopeita hiilihydraatteja, lisättyjä sokereita ja tyydyttyneitä sekä trans-rasvoja sisältävä länsimainen ruokavalio heikentää suoliston mikrobiomia ja altistaa elimistön oksidatiiviselle stressille sekä matala-asteiselle tulehdukselle, jotka pahentavat MS-taudin oireita.

Tässä artikkelisarjan ensimmäisessä osassa tarkastelen yleisemmin MS-tautia, sen syitä ja oireita. Artikkelisarjan toisessa osassa pureudun inflammaatioon ja ravintoon sekä niiden merkitykseen MS-taudin tautitapahtumissa. (Toinen osa julkaistaa myöhemmin maailiskuun aikana.)

MS-tauti

Multippeli skleroosi (MS) on keskushermoston (CNS) etenevä tulehduksellinen autoimmuunitauti. Se vaurioittaa keskushermoston viejähaarakkeita (aksoneita) suojaavia myeliinivaippoja sekä vaihtelevassa määrin viejähaarakkeita ja neuroneita. Aiheutuneet vauriot hidastavat hermoimpulssien kulkua keskushermostosta lihaksiin ja aiheuttavat taudin monenkirjavat ja yksilöllisesti etenevät oireet.

MS on nuorten aikuisten yleisin etenevä neurologinen sairaus. SuomessaMS-tautia sairastavia on 7000-9000 ja maailmanlaajuisesti jopa 2,5 miljoonaa. Se on selvästi yleisempi naisilla kuin miehillä.

Tautiin ei tunneta parantavaa hoitoa ja se invalidisoi useimmat sairastuneet. Oireita voidaan helpottaa spesifisti oireenmukaisella hoidolla sekä taudin etenemiseen vaikuttavilla erilaisilla immuunijärjestelmän toimintaa hillitsevillä immunosupressiivisilla lääkkeillä.

Sairastumisen tarkkaa syytä ja syntytapaa ei tunneta. MS-tauti on autoimmuunisairaus, jossa immuunijärjestelmän toiminta häiriintyy ja hyökkää elimistön omia kudoksia vastaan. Sairastuminenen edellyttää geneettisen alttiuden lisäksi yhden tai useamman sairastumisen laukaisevan ympäristötekijän toteutumisen. MS-tautiin assosioituvia geneettisiä muutoksia on tunnistettu yli 100, mikä voi selittää taudin yksilöllisesti etenevää ja vaikeasti hoidettavaa luonnetta.

Demyelinoivat mekanismit

MS-taudissa veri-aivoesteen (BBB) verisuonia ympäröi laajat ja epäyhtenäiset tulehdusprosessit. Taudille on tunnusomaista autoreaktiivisten T-solujen, vasta-aineita tuottavien B-lymfosyyttien, makrofagien ja mikrogliasolujen omiin kudoksiin kohdistama aktivaatio keskushermostossa sekä oligoklonaaliset muutokset selkäydinnesteessä.  (McFarland and Martin, 2007; Constantinescu and Gran, 2010; Kutzelnigg and Lassmann, 2014).

Virheellisesti toimiva immuunijärjestelmä kohdistaa aktivaationsa viejähaarakkeita eristäviin myeliinivaippoihin erityisesti aivojen valkeassa aineessa.  Eristeenä toimivan myeliiniproteiinin vaurioitumista kutsutaan demyelinaatioksi tai demyelinoivaksi prosessiksi.

Myeliinivaippojen vaurioituminen aivoissa ja selkäytimessä aiheuttaa MS-taudille ominaisia magneetttikuvissa heijastumina havaittavia arpeutumia (skleroosi).

Demyelinaatio ja plakit

Demyelinaatio muodostaa tulehduspesäkkeitä (leesioita, plakkeja), joita kehittyy eri puolille keskushermostoa (aivot, selkäydin). Tyypillisesti plakkeja havaitaan aivojen valkeassa aineessa, mutta niitä voi esiinty myös harmaassa aineessa.

Pienempiä plakkeja voi esiintyä kaiken ikäisillä ilman, että se olisi merkki sairastumisesta. Plakkeja löydetään usein myös MS-tautiin sairastuneen terveillä lähisukulaisilla. Tämä tukee käsitystä, että kaikki plakit eivät aiheuta kliinisiä oireita.

Kun plakit kasvavat, hermoyhteydet vaurioituvat, ja aivojen lähettämät toimintakäskyt lihaksille hidastuvat tai eivät saavuta kohdelihasta ollenkaan. Se mihin keskushermoston osaan tällainen plakki tai kudosvaurio muodostuu, vaikuttaa MS-taudin oireisiin ja niiden vakavuuteen.

Neurodegeneratiiviset muutokset havaitaan magneettikuvissa signaalinheikentyminä (”black holes”). Ne viittaavat pysyvään aksonivaurioiden aiheuttamaan kudostuhoon eli atrofiaan. Selkäytimen leesiot ovat tavallisia MS-taudissa, mutta niitä voi esiintyä myös ilman spinaalisia oireita.

Atrofia

Aivokudoskatoa eli atrofiaa esiintyy MS-taudissa sekä valkeassa että harmaassa aivoaineessa. Aivojen kudoskatoa tapahtuu normaalisti ikääntymisen seurauksena, mutta kudoskato on usein MS-taudissa nopeampaa kuin ikääntymiseen liittyvä kudoskato. Atrofia assosioituu EDSS-asteikoilla (Expanded Disability Status Scale) invaliditeetin ja kognitiivisten toimintojen heikkenemiseen.

Magneettikuvauksen merkitys

Aivojen magneettikuvaus paljastaa MS-taudin aktiivisuuden herkemmin kuin kliiniset relapsit. Havaittavat muutokset eli lisääntyneet tai kasvavat heijasteet johtuvat tulehdusreaktiosta, de- ja remyelinaatiosta, glioosista, aksonikadosta ja Wallerin degeneraatiosta.

Aktiivisen tulehdusreaktion aikana veri-aivoeste voi olla vaurioitunut, mikä havaitaan varjoainelataumana. Varjoaineella latautuvien pesäkkeiden esiintyminen korreloi kliiniseen relapsiin.

MS-taudin oireet

MS-tauti vaurioittaa lähinnä tahdonalaista hermostoa. Se voi kohdistua myös autonomiseen hermostoon, mikä voi aiheuttaa mm. virtsarakon toimintahäiriöitä, silmän mustuaisen säätelyhäiriöitä, heikentynyttä hikoilua ja miehillä impotenssia. Lisäksi on havaittu muutoksia MS-tautipotilaiden kehon lämmönsäätelyjärjestelmässä sekä heikentyneitä vasteita sydämen sykettä ja verenpaineen säätelyä mittaavissa tutkimuksissa, kertoo Anne Saari väitöskirjassaan Autonomic dysfunction in multiple sclerosis and optic neuritis.

Oireet, jotka voivat viitata MS-tautiin:

  • Näön sumentuminen
  • Kaksoiskuvat
  • Optinen neuriitti, näön nopea heikkeneminen
  • Lihasheikkous
  • Lihasjäykkyys
  • Kivuliaat krampit
  • Pistely tai tunnottomuus eri puolilla kehoa
  • Kömpelyys
  • Tasapainovaikeudet
  • Rakon hallinnan heikkeneminen, virtsankarkailu, pakottava tarve virtsata
  • Huimaus

Yleisimmät MS-taudin oireet:

  • Lihasheikkous
  • Näköhäiriöt
  • Koordinaatio- ja tasapainovaikeudet
  • Tunnottomuus, pistely ja kihelmöinti
  • Kognitiiviset ongelmat
  • Rakon ja suolen toimintahäiriöt
  • Uupumus (fatiikki)
  • Huimaus, pyörrytys
  • Seksuaalinen kyvyttömyys ja/tai seksuaalisen kiinnostuksen loppuminen
  • Lihasjäykkyys ja krampit
  • Vapina
  • Masennus ja muut emotionaaliset muutokset

Harvinaisempia MS-taudin oireita ovat:

  • Päänsärky
  • Kuulon heikkeneminen
  • Kutina
  • Hengitysvaikeudet
  • Kohtaukset, kuten kouristukset
  • Puhevaikeudet
  • Nielemisvaikeudet
  • Aistimuutokset
  • Mielialan vaihtelut
  • Lämpöherkkyys

Ennuste

MS on arvaamaton tauti. Se vaikuttaa eri tavoin eri potilaisiin. Useimmilla esiintyy jonkinlainen yhdistelmä edellä mainituista oireista. Oireiden vakavuus vaihtelee potilaskohtaisesti. Joissain tapauksissa tauti invalidisoi potilaan vain viikoissa tai kuukausissa, mutta useimmilla sairastuneilla tauti etenee melko maltillisesti ja invalidisoituminen vie yleensä useita vuosia tai vuosikymmeniä.

Erään brittiläisen tutkimuksen mukaan MS-potilaan keskimääräinen elinajanodote on 38 vuotta oireiden alkamisesta. Toisen tutkimuksen mukaan MS-tautiin sairastuvat kuolevat keskimäärin 76-vuotiaina.

MS-taudin syyt ja riskitekijät

  • Ikä: MS todetaan yleensä 20 ja 40 ikävuoden välillä
  • Sukupuoli: MS-tauti on selvästi yleisempi naisilla kuin miehillä
  • Etninen tausta: MS on yleisintä eurooppalaistaustaisilla. Erään hypoteesin mukaan viikingit levittivät MS-taudille altistavaa geenimuutosta ympäri Eurooppaa.
  • Geenitekijät: MS-tautiin liittyviä geenimuutoksia on tunnistettu yli 100. MS ei periydy suoraan, mutta alttius taudille kulkee sukupolvelta seuraavalle. Identtisillä kaksosilla tehdyt tutkimukset osoittavat, että pelkkä geneettinen alttius ei väistämättä johda sairastumiseen.
  • Ympäristötekijät: Geneettisen alttiuden lisäksi sairastuminen edellyttää yhden tai useamman laukaisevan tekijän toteutumista. Näitä voivat olla virustartunnat (Epstein-Barr, Varicella zoster), ympäristömyrkyt, ravintoaineiden puutokset (D-vitamiini, ehkä myös B12), liika suola jne.
  • Vuotavan suolen oireyhtymä (LGS) on joidenkin lähteiden mukaan osallisena kaikissa autoimmuunitaudeissa.
  • Veri-aivoesteen lisääntynyt läpäisevyys päästää immuunisolut sabotoimaan keskushermostoa. Veri-aivoesteen läpäisevyys saattaa muuttua suoliston läpäisevyyden lisääntyessä.
  • Huono suuhygienia: Tulehtuneista hampaista tulehdukset pääsevät etenemään sydänlihaksen lisäksi myös keskushermostoon.
  • Suoliston mikrobiomi: Ymmärrys mikrobiomin monimutkaisesta vaikutuksesta terveyteen tarkentuu koko ajan. Suolistoflooran hyvinvointi on liitetty mm. vuotavan suolen oireyhtymään, masennukseen ja autoimmuunitauteihin.

Mahdollisia MS-tautiin vaikuttavia syitä:

Yksikään yllä esitetyistä ympäristömuuttujista ei yksin selitä sairastumista. Yhdessä yksi tai useampi ympäristömuuttuja geneettisen alttiuden kanssa voi laukaista autoimmuunitautiin johtavan prosessin. Muita tautiin vahvasti kytkeytyviä yhdistäviä tekijöitä ovat:

  1. Maantiede:
    MS on yleisintä kehittyneissä ja hyvin toimeentulevissa länsimaissa. Taudin yleisyys kasvaa edelleen, mitä kauemmaksi päiväntasaajasta mennään. Merkillepantavaa on, että näillä alueilla ihmiset saavat vähiten auringonvaloa (D-vitamiini), tekevät eniten istumatyötä, syövät runsasenergisintä ruokaa; eläinperäisiä tyydyttyneitä rasvoja, huonoja hiilihydraatteja, lisättyjä sokereita ja lihaa (Länsimainen ruokavalio) WHO and MSIF, 2008
  2. Migraation vaikutus:
    Kun ihminen muuttaa lapsena alueelta, jossa esiintyy runsaasti MS-tautia, alueelle, jossa MS-tautia esiintyy vain vähän, lapsen riski sairastua laskee uuden elinympäristön tasolle. Tämä sairastumisriskin aleneminen ei toteudu yli 15-vuotiaana muuttaneilla. Ravintotottumuksissa tapahtuvat muutokset voivat selittää ilmiötä. McLeod et al., 2011
  3. D-vitamiinin riittämätön saanti:
    Toinen maantieteeseen liittyvä kuriositeetti on auringonvalon vaikutus sairastuvuuteen. Auringon UVB-säteily tuottaa iholla D-vitamiinia. Mitä etäämpänä ekvaattorista ihminen elää, sitä matalammat D-vitamiinitasot hänellä on. Matalat D-vitamiinitasot korreloivat lisääntyneen sairastuvuuden kanssa. MS-tautia sairastavilla on mitattu alhaisia D-vitamiinitasoja, mutta D-vitamiinin saannin vähäisyys on yhdistetty myihinkin kroonisiin sairauksiin. Ascherio tutkimusryhmineen on osoittanut, että raskaudenaikaiset matalat D-vitamiinitasot lisäävät syntyvän lapsen riskiä sairastua MS-tautiin myöhemmin elämässä. Ascherio et al., 2014, Yin and Agrawal, 2014
  4. Postprandiaalinen inflammaatio:
    Postprandiaalinen inflammaatio eli aterianjälkeinen tulehdustila assosioituu selvästi runsaasti tyydyttyneitä eläinrasvoja, sokereita ja prosessoituja hiilihydraatteja sisältävään ruokavalioon.
    Erridge et al., 2007; Ghanim et al., 2009; Margioris, 2009
  5. Suuri painoindeksi (BMI):
    Suuri painoindeksi eli lihavuus ennen 20 ikävuotta assosioituu kaksinkertaiseen sairastumisriskiin (Hedström et al., 2012). Painoindeksi korreloi myös suoliston mikrobiomin hyvinvoinnin kanssa.
  6. Samankaltaisuus muiden ravitsemukseen assosioituvien tulehduksellisten tautien kanssa:
    MS muistuttaa eräiltä osin tulehduksellisia suolistosairauksia (IBD, Cantorna, 2012): Molempiin assosioituu matalat D-vitamiinitasot sekä ympäristömuuttujat (Dam et al., 2013).Yhdistävänä tekijänä voidaan pitää myös sitä, että glatirameeriasetaatti (GA,  Copolymer 1/Copaxone) toimii lääkkeenä sekä MS-taudin että IBD:n hoidossa (Aharoni, 2013). IBD:n esiintyvyys MS-potilailla on verrokkeja tavallisempaa.Henkilökohtaisena kuriositeettina: Ennen MS-diagnoosia kärsin muutaman vuoden IBD-tyyppisistä suolisto-oireista. Ne kuitenkin helpottivat ja loppuivat syystä tai toisesta. Vuosi tai pari oireiden päättymisen jälkeen MS-diagnoosi varmistui monien muiden oireiden jälkeen. Onko muilla MS-potilailla samanlaisia kokemuksia?

Käsitteitä:

  • Veri-aivoeste (BBB): on verisuonten endoteelisolujen rakenne, joka säätelee eri aineiden pääsyä verenkierrosta keskushermostoon. BBB:n läpäiseviä aineita ovat: rasvaliukoiset ja pienikokoiset molekyylit (mm. rasvat, steroidit, etanoli, nikotiini, kofeiini) sekä sokerit ja eräät hermoston toiminnalle välttämättömät aminohapot. Myös happea kuljettavat punasolut läpäisevät veri-aivoesteen, mutta immuunijärjestelmän solujen, kuten valkosolujen ei pitäisi päästä veri-aivoesteen läpi keskushermostoon. MS-taudissa lisääntynyt läpäisevyys päästää immuunisoluja tekemään tuhoja keskushermostossa. BBB suojelee keskushermoston hermoja ja verisuonia tulehduksilta.
  • Autoreaktiivinen T-solu: Immuunijärjestelmän toiminnalle keskeiset T-solut kehittyvät kateenkorvassa. Kypsymisen (maturaatio) aikana autoreaktiiviset T-solut, jotka tunnistavat kehon omia antigeenejä liian voimakkaasti, tuhotaan. Tätä kutsutaan immunologiseksi toleranssiksi. Jos autoreaktiivisia T-soluja pääsee elimistöön, ne voivat aiheuttaa autoimmuunitauteja. T-solujen toimintaa omaa elimistöä vastaan voivat estää säätelijä- eli regulatoriset T-solut (Treg-solut).
  • Happiradikaali (ROS): Oksidatiivinen stressi välittyy reaktiivisten happi- ja typpiradikaalien kautta. Reaktiivinen happiradikaali (Reactive Oxygen Species) on hapesta muodostunut yhdiste, joka sisältää parittoman elektronin ja on siksi hyvin reaktiivinen. Yhdiste pyrkii parilliseen elektronimäärään reagoimalla läheisyydessä olevien muiden yhdisteiden kanssa. Happiradikaali vaurioittaa yleensä kohtaamansa molekyylin rakennetta ja/tai toimintaa. Esimerkiksi: Lipidioksidaatio (rasvojen härskiintyminen), proteiinien vauriot (proteiinien laajan toimintakentän vuoksi happiradikaalien aiheuttamat vauriot proteiinien rakenteissa voivat ilmetä monenlaisina elintoimintojen häiriöinä sekä DNA-vauriot eli mutaatiot (DNA voi hapettua happiradikaalien vaikutuksesta. Tämä ilmenee DNA-sekvenssin muutoksina eli mutaatioina. Mutaatioiden kertyminen DNA:han saattaa muuttaa soluja pahanlaatuisiksi ja näin altistaa syövän synnylle).
  • B-lymfosyytit: eli B-imusolut ovat valkosoluja eli leukosyyttejä. Ne osallistuvat immuunivasteeseen ja ylläpitävät adaptiivisen immuunijärjestelmän toimintaa. Imusolut erikoistuvat luuytimen kantasoluista ja niillä on kaksi pääluokkaa: B- ja T-lymfosyytit, jotka solupintojensa antigeenireseptorien avulla tunnistavat elimistössä kohtaamiaan antigeenejä. B-lymfosyytit erittävät immunoglobuliineja eli vasta-aineita sekä erikoistuvat plasmasoluiksi, jotka erittävät tiettyä vasta-ainetta sitä antigeeniä vastaan, joka aktivoi B-solujen lisääntymisen ja erikoistumisen. Imusolut ovat spesifisiä yhdelle tietylle vasta-aineelle ja niitä on elimistössä tuhansia. B-solut ovat osa immunologista muistia. Kun B-solu kohtaa antigeenin, se jakautuu nopeasti. Jakautumisen seurauksena syntyvillä soluilla on sama reseptorirakenne alkuperäisen solun kanssa. Suurin osa näistä uusista B-soluista on plasmasoluja, mutta osa kypsyy B-muistisoluiksi.
  • Makrofagit: ovat immuunijärjestelmään kuuluvia syöjäsoluja, jotka syövät vieraiksi tunnistettuja mikrobeja sekä vierasaineita.
  • Mikrogliasolut: poistavat hermokudoksesta solujätettä ja toimivat kuin makrofagit. Mikrogliasolut myös erittävät viestiaineita, etenkin sytokiineja, jotka liittyvät paikalliseen tulehdusreaktioon.
  • Sytokiinit: ovat proteiinirakenteisia solujen välisen viestinnän välittäjäaineita. Immuunijärjestelmää ohjailevat sytokiinit jaetaan toimintansa perusteella viiteen pääryhmään: tuumorinekroositekijöihin, interferoneihin, interleukiineihin, hematopoieettisiin kasvutekijöihin sekä muihin kasvutekijöihin. Sytokiineista kehitetään myös lääkkeitä, kuten MS-taudin hoitoon tarkoitetut Beeta-interferonit.
  • Oksidatiivinen stressi: Oksidatiivisessa stressissä kehon normaali hapetus-pelkistystila toimii epätasapainoisesti joko hapettavien tekijöiden ollessa liian voimakkaita tai pelkistävien tekijöiden eli elimistön antioksidatiivisten järjestelmien toimiessa vajavaisesti. Tämä epätasapaino lisää tulehdusreaktiota ylläpitävien vapaiden happiradikaalien määrää elimistössä ja altistaa mm. eräiden syöpien ja sepelvaltimotautien synnylle.
  • Komplementtijärjestelmä: Komplementti on yli 20 proteiinin muodostama immuunipuolustuksen järjestelmä, joka osallistuu vieraiden solujen tuhoamiseen ja täydentää fagosytoosijärjestelmää.
  • Fagosytoosi: Fagosytoosi eli solunsyönti on immuunijärjestelmän mekanismi, joka tuhoaa elimistöön päässeitä patogeenejä. Fagosyytit (syöjäsolut) tunnistavat vieraat rakenteet niiden pintaan kiinnittyneistä vasta-ainemolekyyleistä. Elimistössä on kahdenlaisia syöjäsoluja: neutrofiilit (granulosyytit) reagoivat infektioon hyvin nopeasti. Monosyytit kypsyvät makrofageiksi siirryttyään kudoksiin.
  • Matriksin metalloproteinaasit (MMP): Matriksin metalloproteinaasit ovat proteiiniperhe, joka kykenee muokkaamaan miltei kaikkia solun ulkoisen matriksin ja tyvikalvon rakenteita. Ne osallistuvat moniin fysiologisiin prosesseihin, kuten haavan paranemiseen. Patologisissa tiloissa, kuten tulehduksissa ja syövissä MMP:ien tuotanto on lisääntynyt.

MS-taudissa esiintyviä havaittavia muutoksia:

MS-taudin 4 yleisintä muotoa ovat: CIS, RRMS, PPMS ja SPMS

Kliinisesti eriytynyt oireyhtymä (CIS/KEO)

Kliinisesti eriytyneellä oireyhtymällä tarkoitetaan ensimmäistä MS-tautiin viittaavavaa oirejaksoa, joka vaurioittaa tyypillisimmin näköhermoa, aivorunkoa tai selkäydintä. KEO ennakoi MS-tautia.

On osoitettu, että noin puolella potilaista KEO kehittyy MS-taudiksi kahdessa vuodessa. MS-taudin riskiä kasvattavia tekijöitä ovat nuori ikä (alle 30 v.), aivorungon tai selkäytimen muutoksesta aiheutuva oire, vaikea oire tai monioireisuus, oligoklonaaliset muutokset aivo-selkäydinnesteessä sekä kliinisiä oireita tukevat magneettikuvissa havaittavat löydökset. MS-diagnoosi voidaan tehdä, kun sairastuneella ilmenee toinen oirejakso, tai uusi aktiivisuus näkyy magneettikuvissa.

RRMS, PPMS ja SPMS

MS-taudin kaksi yleisintä muotoa ovat aaltoilevasti etenevä RRMS sekä ensisijaisesti etenevä PPMS. Aaltoilevasti etenevää tautimuotoa sairastaa noin 85 % ja ensisijaisesti etenevää tautimuotoa noin 15 % MS-tautiin sairastuneista. Arviot vaihtelevat hieman lähteistä riippuen. Dutta and Trapp, 2014; Lublin et al., 2014

Aaltoilevasti etenevälle MS-taudille on tunnusomaista pahenemis- ja paranemisvaiheet eli relapsit ja remissiot. Pahenemisvaihe näkyy kasvavana inflammaationa ja leesioiden muodostumisena aivoihin. Muutokset ilmenevät pahenevina taudinkuvaan liittyvinä oireina. Pahenemisvaihetta seuraavassa remissiossa oireet paranevat osittain tai kokonaan.

RRMS kehittyy yleensä noin 20 vuodessa toissijaisesti eteneväksi MS-taudiksi (SPMS).

Ensisijaisesti etenevälle MS-taudille on ominaista neurologisten vaurioiden ja niiden aiheuttamien oireiden tasainen kehittyminen ilman pahenemis- ja paranemisvaiheita.

MS-taudin hoito

Aaltoilevasti etenevän MS-taudin hoitoon on olemassa useita tulehdusreaktioita ja pahenemisvaiheita hillitseviä ja lyhentäviä lääkettä.

Primaaristi progressiiviseen MS-tautiin on toistaiseksi olemassa vain yksi lääke, joka kliinisten kokeiden perusteella saattaa taudin varhaisvaiheessa hidastaa oireiden pahenemista. Tämä on juuri markkinoille tullut Ocrevus.

Ensisijaisesti etenevää tautimuotoa sairastavilla immuunijärjestelmän toimintaa säätelevät lääkkeet eivät tuota toivottua hoitovastetta. Tämä voi johtua PPMS ja RRMS -tautien erilaisesta patogeneesistä ja toimintamekanismeista.

MS-tautiin käytettyjä lääkkeitä

  • Kortikosteroidit: Käytetään vähentämään tulehdusreaktiota ja hillitsemään elimistön immuunivastetta.
  • Interferon Beta 1a ja 1b: Interferonihoidot voivat ehkäistä oireiden kehittymistä, mutta liiallinen käyttö voi aiheuttaa maksavaurioita. 868 sairastuneen tutkimuksessa interferonit eivät vähentäneet sairastuneiden invalidisoitumista pitkällä tähtäimellä.
  • Copaxone (Glatiramer): Tämän tarkoituksena on estää immuunijärjestelmää aktivoitumasta aksoneita eristäviä myeliinivaippoja vastaan.
  • Tysabri (Natalizumab): Tysabri on vaihtoehto niille potilaille, joille muut lääkkeet eivät sovi. Tysabri kasvattaa progressiivisen multifokaalisen leukoenkefalopatian riskiä. Se on harvinainen kuolemaan johtava aivojen valkean aineen sairaus. Riski on olemassa, mutta se on pieni ja moniin muihinkin lääkkeisiin liittyvä.
  • Mitoxantrone (Novantrone): Tätä immunosupressiivista lääkettä käytetään yleensä vasta taudin myöhäisemmässä vaiheessa. Mitoxantrone voi vahingoittaa sydäntä, mutta jos MS-taudin oireet etenevät nopeasti, se voi hidastaa invalidisoitumista.
  • Cannabis: Cannabis helpottaa tutkimusten mukaan kipuja, unettomuutta ja lihasjäykkyyttä.
  • Aubagio (teriflunomide): Aikuisille RRMS-potilaille tarkoitettu kerran päivässä syötävä tabletti. Aubagio auttaa suojautumaan immuunijärjestelmän keskushermostoon kohdistuvilta hyökkäyksiltä rajoittamalla tiettyjen valkosolujen lisääntymistä. Tämä rajoittaa hermovaurioita aiheuttavia tulehdusreaktioita.
  • Okrelitsumab (): Tuorein hyväksytty lääke MS-hoidoissa on Ocrevus, jolla saatiin kliinisissä kokeissa hyviä tuloksia sekä RRMS- että PPMS-potilaiden hoidossa. Lääke on monoklonaalinen vasta-aine, jonka vaikutus perustuu siihen, että se kiinnittyy tiettyihin spesifisiin B-solujen kohdeproteiineihin ja estää näiden myeliiniä tuhoavan aktivaation immuunijärjestelmässä. Ocrevus voi auttaa RRMS-potilaita sekä PPMS-tautimuotoa sairastavia taudin alkuvaiheessa.

However, as the disease is complex in nature and unique in the individual course, no patient responds to therapy in the same way (Loleit et al., 2014). Similarly, there are no truly reliable biomarkers that allow for everyone to evaluate the effectiveness of treatment and it is therefore important to discover novel markers of the disease (Fernandez et al., 2014).

Plasmanvaihto eli plasmafereesi

Plasmafereesissä potilaan veriplasma puhdistetaan lymfosyyteistä ja korvataan terveellä veriplasmalla. Prosessissa viallisesti toimivan immuunijärjestelmän immuunisolut vaihdetaan toimivaan immuunijärjestelmään. Tutkimuksia jatketaan yhä, mutta toistaiseksi tulokset ovat ristiriitaisia, eikä tiedetä, onko plasmafereesistä potilaalle apua.

Kantasoluhoito (AHSCT – Autologous Haematopoietic Stem Cell Transplantation)

Kantasoluhoitoon liittyi runsaasti odotuksia, mutta tulokset ovat vielä laihanlaisia. Hoito on hyvin vaarallinen ja se sopii vain RRMS-tautia sairastaville. Kriteerit ovat äärimmäisen tiukat. Englannissa on sairaala, joka tarjoaa kantasoluhoitoja kriteerit täyttäville potilaille.

Kantasoluterapiassa potilaalta kerätään kantasoluja, joista kasvatetaan laboratoriossa toimiva immuunijärjestelmä. Tämän jälkeen potilaan immuunijärjestelmä tuhotaan voimakkaalla kemoterapialla. Kun potilaan vanha immuunijärjestelmä on tuhottu, uusi kantasoluista laboratoriossa viljelty immuunijärjestelmä istutetaan potilaan elimistöön. Hoitomuoto saattaa toimia RRMS-potilaiden oireita helpottavana, mutta PPMS-potilailla hyötyä ei ole osoitettu.

Kantasoluhoito on menetelmänä vielä kokeiluasteella. Eräs kliiniseen tutkimukseen osallistunut MS-tautia sairastava kertoi, että olo parani merkittävästi pian hoidon jälkeen, mutta jo noin vuoden kuluttua kaikki aikaisemmat MS-taudin oireet palasivat. Toisessa tapauksessa lääkäri kertoi, että potilas oli kuollut varsin pian kantasoluhoidon jälkeen. Tiedot kantasoluhoitojen hyödyistä ovat toistaiseksi hyvin ristiriitaisia.

Clinical trials conducted so far suggest that AHSCT may be able reduce relapses and to stabilise or reduce the level of disability for some people with relapsing remitting multiple sclerosis.

Unfortunately the trials performed to date show that AHSCT does not work well in primary and secondary progressive multiple sclerosis. In view of this data, at Sheffield Teaching Hospitals NHS Trust we are only treating people with relapsing remitting multiple sclerosis. Sheffield Teaching Hospitals

CCSVI

CCSVI eli krooninen keskushermoston laskimoiden vajaatoiminta on italialaisen laskimoasiantuntija Paolo Zambonin tutkimuslöydös. Se tarkoittaa keskushermostosta verta poistavien kaulan jugularislaskimoiden tai azygolaskimon rakennemuutoksia, jotka heikentävät verenvirtausta laskimossa ja keskushermostossa.

Chronic cerebrospinal venous insufficiency (CCSVI) on laskimosairaus, minkä synnyn taustalla on jo sikiövaiheessa tapahtunut kehityshäiriö.

Krooninen keskushermoston laskioiden vajaatoiminta on liitetty MS-tautiin ja tehdyissä metatutkimuksissa CCSVI on todettu useammin MS-diagnosoiduilla kuin terveillä verrokeilla. MS-taudin patogeneesin ja oireiden selittäminen CCSVI:llä on kuitenkin yhä kiistanalainen näkemys.

CCSVI:n yleisin hoitomuoto on laskimon pallolaajennus, joka on auttanut joitain MS-potilaita, mutta ei kaikkia. Pallolaajennushoitoon liittyy myös riskejä. Useimmissa tehdyissä alustavissa kliinisissä tutkimuksissa laskimoiden pallolaajennuksella on kuitenkin todettu positiivisia vaikutuksia MS-tautipotilaiden oireisiin. Zambonin tutkimusryhmä havaitsi jo pilottitutkimuksessa, että pallolaajennuksella avattu jugulaarilaskimo ahtautui uudelleen puolentoista vuoden tarkkailuaikana.

CCSVI-diagnosoitujen jugulaarilaskimoiden rakenteita on kartoitettu kudosnäytteitä tutkimalla. Vuonna 2013 julkaistussa tutkimuksessa Coen et al vertailivat mikroskoopilla viiden MS/CCSVI-diagnosoidun sekä kahdeksan verrokin jugulaarilaskimoista saatuja kudosnäytteitä. Tutkimuksessa todettiin, että MS-ryhmässä jugulaarilaskimoiden seinämissä oli tapahtunut paksuuntumista ja kollageeni III pitoisuuksien kasvua.

Heinäkuussa 2014 julkaistussa tutkimuksessa oli vertailtu seitsemän CCSVI-diagnosoidun ja kontrollien jugulaarislaskimoiden kudosnäytteitä mikroskoopilla ja tutkimuksessa todettiin, että CCSVI-ryhmässä laskimoiden seinämien endoteelisolukossa oli tapahtunut muutoksia. Lorella Pascolo et al (2014) vertilivat myös MS-diagnosoitujen ja kontrollien jugulaarilaskimoita sekä mikroskoopilla että röntgenfluoresenssi (XRF) -analyysimentelmällä. Heidän tutkimuksensa osoitti, että MS-diagnosoitujen jugulaarilaskimoissa ulkokerroksen (tunica adventitia) kalkkipitoisuudet olivat kontrolleja korkeammat.

Laskimorakenteen muutoksista kertoo myös Farina et al (2013) tekemä tutkimus, jossa oli mukana 313 MS-diagnosoitua ja 298 tervettä kontrollia. Tutkijat mittasivat doppler-signaalin värikoodauslaitteistolla (”väridoppler”) jugulaarilaskimon läpimitan kasvua, kun makuuasennosa olevan tutkittavan päätä käännettiin 90 astetta sivulle. Vain MS-diagnosoiduilla jugulaarilaskimon läpimitassa tapahtui merkittävä kasvua, minkä tutkijat päättelivät johtuvan laskimokudoksen toiminnan häiriöstä (miopragia). – Wikipedia

CCSVI:n esiintyvyyttä MS-tautipotilailla on tutkittu paljon vuodesta 2009 alkaen. Tutkimustulokset ovat vaihdelleet ääripäästä toiseen. Tarkkaa ja yksimielistä tietoa CCSVI:n esiintyvyydestä MS-taudissa ei tunneta johtuen erilaisista tutkimustuloksista ja näkemyksistä.

Kuntoutus

MS-tautiin sairastuneen toimintakykyä ja arjen pärjäämistä ylläpidetään fysikaalisella terapialla ja kuntoutuksella. Kuntoutuksen alkuvaiheessa on tärkeää tukea potilaan työhyvinvointia ja työssäjaksamista. Fysikaalisen kuntoutuksella ylläpidetään motorisia taitoja, tasapainoa ja lihaskuntoa.

Tarvittaessa terapiaan voidaan sisällyttää puhe- ja nielemisterapiaa sekä kognitiivista kuntoutusta, muisti- ja puheharjoituksia.

Ravinnon vaikutukset terveyteen sekä laajemmin ihmisen jaksamiseen ja hyvinvointiin on hyvin dokumentoitu ja siksi ravintoterapian sisällyttäminen MS-taudin kuntouttavaan ohjelmaan olisi perusteltua. Oikeat ravintovalinnat eivät paranna tautia, mutta ne voivat hidastaa taudin etenemistä ja ylläpitää yleisterveyttä ja toimintakykyä kuntoutuksen osana.

D-vitamiini ja omega-3

D-vitamiinin puutos ja matalat D-vitamiinitasot korreloivat MS-taudin kanssa. Äidin raskaudenaikaiset matalat D-vitamiinitasot lisäävät syntyvän lapsen riskiä sairastua myöhemmin MS-tautiin. Tutkijat selvittelevät nyt kuumeisesti voiko D-vitamiinilisällä hoitaa MS-tautia.

D-vitamiinin yhteys MS-tautiin saattaa selittyä sillä, että monilla MS-tautia sairastavilla on havaittu harvinainen epigeneettinen muutos geenin CYP27B1 toiminnassa. Sekä MS-tautia sairastavilla että tyypin 1 diabeetikoilla on tutkimuksissa löydetty yhden nukleotidin polymorfismeja (SNP) tämän geenin eri lokaatioissa. Tällaiset ”snipit” eli emäksiin kiinnittyneet metyyliryhmät korreloivat sairastumisen kanssa autoimmuunitaudeissa sekä eräissä syövissä.

Yhden emäksen muutokset eivät ole mutaatioita, vaan eräänlaisia ympäristötekijöiden genomiin liittämiä geenin transkriptioon vaikuttavia markkereita, jotka periytyvät solusukupolvelta seuraavalle, mutta eivät yleensä yksilösukupolvelta seuraavalle. SNP’t voivat ”sammuttaa” geenin.

CYP27B1

CYP27B1 koodaa alfa-1-hydroksylaasi-entsyymiä, joka hydroksyloi munuaisissa kalsidiolista biologisesti aktiivista immunomodulatorista hormonin tavoin vaikuttavaa kalsitriolia. Kalsidioli ja kalsitrioli ovat D-vitamiinin aineenvaihduntatuotteita. Kalsitrioli vaikuttaa yli 200 geenin toimintaan solujen VDR-reseptorin ja DNA:n VDRE-sekvenssin kautta.

On arveltu, että omega-3-rasvat hyödyttäisivät MS-tautia sairastavia. Norjalaiset tutkijat päättelivät tutkimustulosten perusteella, ettei omega-3-rasvoista ole apua MS-taudin hoidossa. Lue tästä tutkimuksesta.

Omega-3-rasvojen hyödyt terveydelle on vakuuttavasti osoitettu, joten osana muuten tasapainoista ja terveellistä ruokavaliota, monien tutkimusten perusteella ne auttavat tylläpitämään terveyttä.

On tärkeä muistaa, että D-vitamiini tai omega-3-rasvat eivät ole ihmelääkkeitä, jotka parantavat MS-taudin. Sellaista ihmelääkettä ei vielä tunneta.

 

Tämä artikkeli jatkuu: Julkaisen toisen osan ”Inflammaatio ja sen merkitys MS-taudissa” vielä maaliskuun aikana.