Vasculaire permeabiliteit in severe dengue
De rol van NO en VEGF
Auteur: Marjolein Kruithof 10-07-2015
Studie: Life, Science and Technology Major: Biomedische Wetenschappen
1e begeleider: Prof. Dr. Jolanda Smit 2e begeleider: Prof. Dr. Anke Huckriede
1
Introductie
Dengue is een tropische ziekte waarvan het aantal infecties in de laatste 50 jaar met dertigvoud is toegenomen (WHO). De ziekte wordt veroorzaakt door het denguevirus, een virus dat wordt overgedragen via geïnfecteerde muggen van het geslacht Aedes. Deze mug is met name in de ochtend en het einde van de middag actief, en vindt men veel in steden en buitenwijken in (sub)tropische gebieden. Dengue infecties komen hoofdzakelijk voor in Azië, Afrika en Midden- en Zuid-Amerika (Kautner et al., 1998; Halstead, 2007). In meer dan 100 landen loopt men risico om een dengue infectie op te lopen, waardoor bijna de helft van de totale wereldbevolking risico loopt. Naar schatting vinden er elk jaar rond de 400 miljoen infecties plaats (Bhatt et al., 2013). Infecties verlopen meestal asymptomatisch, hoewel de patiënten die wel symptomen ontwikkelen, een breed spectrum aan klinische verschijnselen kunnen vertonen (Kurane, 2007). Van deze laatste groep zal het grootste deel milde symptomen ontwikkelen, wat aangeduid wordt met de term dengue fever.
Een kleine subgroep zal ernstige symptomen vertonen, wat bij onvoldoende behandeling lethaal kan zijn. Deze vorm van dengue wordt severe dengue genoemd (WHO). Ieder jaar belanden 500,000 mensen in het ziekenhuis met severe dengue, waarvan 15.000 mensen overlijden (WHO). Hierbij treedt plasma uit de bloedvaten en kunnen er daarnaast inwendige bloedingen ontstaan (Halstead, 2007). Nitric Oxide (NO) en Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) zijn factoren die van belang zijn in de ontwikkeling van vasculaire permeabiliteit (Basu & Chaturvedi, 2008). Het grote probleem bij dengue is dat er nog geen geneesmiddelen of vaccins beschikbaar zijn. Om een beter beeld te krijgen waartegen geneesmiddelen of vaccins zich moeten richten, is het van belang om de processen die ten grondslag liggen aan severe dengue goed te begrijpen.
Het doel van deze bachelorscriptie is om te focussen op de onderliggende mechanismen van de vasculaire permeabiliteit die ontstaat bij severe dengue. Hiervoor zal eerst meer uitgelegd worden over het dengue virus en de pathogenese van severe dengue. Daarna wordt het vasculaire endotheel behandeld, gevolgd door de factoren die betrokken zijn bij het ontstaan van de vasculaire permeabiliteit, waarbij de nadruk ligt op NO en VEGF.
De onderzoeksvraag van deze scriptie is daarom: Wat is de rol van NO en VEGF in het ontstaan van vasculaire permeabiliteit in severe dengue?
2
Inhoudsopgave
Introductie ... 1
Denguevirus ... 3
Ziekteverloop bij dengue infectie ... 3
Dengue infectie ... 5
Pathogenese van severe dengue ... 6
Original Antigenic Sin ... 6
B-cellen ... 6
T-cellen ... 7
Het vasculaire endotheel... 9
Vasculaire permeabiliteit in severe dengue ... 10
Nitric Oxide (NO) ... 10
Rol van NO in vasculaire permeabiliteit ... 10
Vascular Endothelial Growth Factor ... 12
Rol van VEGF in vasculaire permeabiliteit ... 13
Rol van angiopoietine in vasculaire permeabiliteit ... 14
Cytokinestorm ... 15
IL-6 ... 15
IL-8 ... 15
IL-12 ... 15
Conclusie ... 17
Referenties ... 18
3
Denguevirus
Dengue infecties worden veroorzaakt door het denguevirus. Dit virus behoort tot de familie van de Flaviviridae en het geslacht Flavivirus. De Flaviviridae is een familie waartoe meerdere humane pathogene virussen behoren die via muggen op mensen worden overgedragen, zoals het gele koorts virus en het Japanse encephalitis virus (Kautner et al., 1998). De vectoren voor transmissie van het denguevirus behoren tot de Aedes familie, waarvan de Aedes aegypti de primaire vector is (Ramakrishnan et al., 2015). Een mug die denguevirus bij zich draagt, kan het virus gedurende zijn hele leven verspreiden en mensen infecteren (Kautner et al., 1998).
Het denguevirus is een klein virus met een genoom van ongeveer 11.000 bp. Het virusdeeltje heeft een diameter tussen de 40 en 50 nm en heeft een positief enkelstrengs RNA genoom dat codeert voor 3 structurele eiwitten en 7 niet-structurele eiwitten. Het virus is opgebouwd uit 3 structurele eiwitten: het capside eiwit, het envelop (E) eiwit en het pre-membraan (M) eiwit (Vervaeke et al., 2015). Het capside vormt samen met het RNA genoom het nucleocapside welke een doorsnede heeft van 30 nm. Hier omheen bevindt zich de envelop, waarin zich de membraaneiwitten (E en M) bevinden. De membraaneiwitten spelen een grote rol bij infectie van cellen en zijn van belang bij de immunologische respons tegen het virus (Kurane, 2007).
Er zijn meerdere serotypen van het denguevirus, aangeduid met de term DENV1 tot en met DENV4.
Deze serotypen lijken genetisch op elkaar, maar zijn afwijkend genoeg om van elkaar te worden onderscheiden op basis van de afweerreactie. DENV2 heeft van de vier typen het meest unieke genoom. DENV1 en DENV4 hebben een genoom dat 73% hetzelfde is, terwijl DENV3 en DENV4 54%
homologie in sequentie vertonen (Blok, 1985). De verschillen in de genoomsequentie uiten zich in verschillen in eiwitstructuur op het virus en daardoor is het immuunrespons tegen elk serotype iets anders.
Ziekteverloop bij dengue infectie
Ongeveer 96 miljoen mensen per jaar ontwikkelen een symptomatische DENV infectie (Bhatt et al., 2013). Zij ontwikkelen symptomen die onderscheiden kunnen worden in milde symptomen en ernstige symptomen. De WHO (2009) onderscheidt de ziektebeelden in drie klassen:
1. Dengue zonder waarschuwingssignalen (ook wel dengue fever genoemd). Dit is de milde vorm van dengue, die asymptomatisch verloopt of milde symptomen vertoont, zoals misselijkheid, overgeven, huiduitslag, (gewrichts)pijn en leukopenie.
2. Dengue met waarschuwingssignalen. Bij deze vorm van dengue is medische observatie belangrijk. De symptomen zijn hetzelfde als bij dengue zonder waarschuwingssignalen, echter aangevuld met buikpijn of een gevoelige buik, aanhoudend overgeven, vochtophoping in buik en longen, bloedingen, moeheid of rusteloosheid en een vergrote lever.
3. Severe dengue. Deze vorm van dengue is levensbedreigend. Het is te herkennen aan bovenstaande symptomen in combinatie met minstens een van de volgende criteria:
- ernstige lekkage van plasma uit de bloedvaten, wat leidt tot vochtophopingen en benauwdheid, of uiteindelijk tot shock. Indien shock optreedt, spreekt men van Dengue Shock Syndroom.
- Ernstige bloedingen, vastgesteld door een arts.
4 - Ernstige betrokkenheid van organen, zoals hartfalen of ander orgaanfalen, verminderd bewustzijn wegens beïnvloeding van het centraal zenuwstelsel, of ernstig verhoogde leverwaardes.
Wanneer het virus het lichaam binnenkomt, is er een gemiddelde incubatietijd van 4 tot 7 dagen. Na de incubatietijd stijgt het aantal virusdeeltjes in het bloed, in een concentratie die uiteindelijk kan oplopen tot 1010 virusdeeltjes per ml bloed. Vanaf de vierde dag zal plotseling koorts ontstaan, vaak met temperaturen boven de 39°C. De koortsperiode verloopt in twee fasen, waarbij de koorts eerst aanzwelt en aanhoudt, met de koortspiek 24 uur voor afname van de koorts, gevolgd door de fase waarin de temperatuur weer daalt en de koorts zal verdwijnen (zie Fig.1). De koortsperiode duurt tussen de 2 en 7 dagen (WHO, 2012). Gedurende de koortsperiode ontstaan meerdere symptomen zoals misselijkheid, overgeven en hoofdpijn. Wegens deze algemene symptomen is het lastig om op dit moment in het ziekteproces de diagnose ‘dengue’ te stellen. Meer specifieke symptomen die tegelijk met de algemene symptomen op kunnen treden, zijn gewrichtspijn en rode huiduitslag op de armen, benen, buik en rug (WHO, 2012; Kautner et al., 1998).
De overgang van koortsperiode naar koortsvrije periode is een cruciaal moment in het ziekteverloop van dengue. Indien de koorts afneemt en de patiënt geen capillaire permeabiliteit ontwikkelt, zal de patiënt zich beter voelen en herstellen. Tot dit moment is er sprake van de milde vorm van dengue.
Echter, indien wel capillaire permeabiliteit ontstaat, zal plasma uit de vaten lekken en ontwikkelt de patiënt waarschuwingssignalen voor verergering van de dengue infectie. Dit is de kritieke fase, deze vindt plaats tussen dag 4 en dag 7 van de ziekte (zie Fig. 1). Opmerkelijk is dat op het moment van aanbreken van de kritieke fase, de virusdeeltjes al uit het bloed zijn verdwenen. De reacties die nu in het lichaam optreden zijn een reactie van het eigen lichaam en immuunsysteem, niet van het virus.
Hoewel in de kritieke fase de koorts vermindert, voelt de patiënt zich minder goed. De patiënt ontwikkelt severe dengue, waarbij het aantal leukocyten vermindert en het aantal trombocyten daalt tot een concentratie onder de 100.000 trombocyten/mm3. Bovendien treedt er gedurende 24 tot 48 uur plasma
lekkage op, waardoor het hematocriet in het bloed stijgt (zie Fig. 1). Als gevolg hiervan wordt het bloed in verhouding dikker, zal de bloeddruk verlagen en kan hypovolemie optreden. Indien te veel plasma uit de vaten treedt, kan dit leiden tot het Dengue Shock Syndroom, wat bij onvoldoende behandeling lethaal kan zijn. Hierbij is hypovolemie zodanig, dat de bloeddruk extreem verlaagt en er tachycardie optreedt. Er zal hypoxie ontstaan in de weefsels en uiteindelijk kan een hartstilstand optreden. Behandeling tegen deze hypovolemische shock is het intraveneus toedienen van vloeistof (WHO, 2012; Srikiatkhachorn, 2009).
Figuur 1: Ziekteverloop dengue infectie per dag vanaf presentatie van eerste symptomen. Bron: WHO, 2012.
5 Indien de kritieke fase van 24 tot 48 uur plasma lekken is overleefd, begint de herstelfase. In de volgende 3 dagen treedt extravasculaire vloeistof terug in de vaten, het hematocriet herstelt, gastro- intestinale klachten en anorexia verminderen, huiduitslag verdwijnt en de patiënt zal zich in het algemeen beter voelen (WHO, 2012). Daarnaast neemt het aantal leukocyten toe en zal het trombocytenaantal zich in enkele dagen herstellen (zie Fig. 1).
Belangrijk is dat verreweg de meeste DENV infecties asymptomatisch verlopen. Naar schatting ontwikkelen ruim 96 miljoen mensen per jaar symptomatische dengue waarvan ongeveer 500,000 mensen ernstige dengue krijgen (Bhatt et al., 2013).
Dengue infectie
Na een insectenbeet nestelt het denguevirus zich in de huid en in het bloed. De replicatie van het virus vindt met name plaats in mononucleaire leukocyten, zoals de macrofagen, monocyten en immature dendritische cellen (Chaturvedi et al., 2006; Ramakrishnan et al., 2015). Doordat de immuuncellen zelf gebruikt worden als replicatieomgeving voor het virus, wordt hun functie in het immuunrespons aangetast.
Wanneer men een primaire dengue infectie doormaakt, zullen specifieke T-cellen en B-cellen worden gevormd, gericht tegen de pathogeen. De antilichamen die gevormd worden tijdens deze infectie zijn vooral van het IgM type (zie Fig. 1) (Halstead, 1988). Daarnaast worden er specifieke geheugen T- en B-cellen gevormd. Deze geheugencellen blijven gedurende het hele leven actief en bieden levenslange immuniteit tegen het dengue serotype waarmee men geïnfecteerd was (Midgley et al., 2009; Halstead, 1988). Het immuunrespons biedt gedurende enkele maanden na de infectie ook bescherming tegen infecties met andere serotypen. Na deze periode is men echter opnieuw vatbaar voor infecties met andere serotypen. In je leven kun je dus maximaal vier keer besmet raken met het denguevirus.
6
Pathogenese van severe dengue
De ernstige vorm van dengue komt veel meer voor bij heterologe secundaire dengue infecties dan bij primaire infecties. Echter, het percentage mensen dat een ernstige infectie doormaakt tijdens een secundaire infectie is slechts 2% (Bhatt et al., 2013). Severe dengue wordt ook veel bij kinderen onder de 1 jaar gezien, die op dat moment een primaire infectie doormaken, maar waarvan de moeder eerder een dengue infectie heeft gehad. Dit geeft aan dat er in de ontwikkeling van severe dengue een belangrijke rol voor antilichamen is, die gevormd zijn tijdens de primaire infectie. Baby’s zijn immers gedurende de eerste levensmaanden beschermd door maternale antilichamen via de moedermelk, waardoor er bij een primaire infectie van de baby al dengue antilichamen in het lichaam aanwezig zijn (Halstead 1988). Co-circulatie van verschillende virus serotypen in een gebied vormt hiermee dus een risicofactor voor de ontwikkeling van severe dengue. Daarnaast speelt virulentie en genotype van het virus een rol in de ernst van de ziekte. Er zijn ook patiënten die bij een eerste infectie direct severe dengue ontwikkelen. Risicofactoren hiervoor zijn leeftijd, genetische achtergrond en immuunstatus van de patiënt (Chaturvedi & Nagar, 2009).
Original Antigenic Sin
Bij een heterologe secundaire infectie spelen eerder gevormde antilichamen dus een belangrijke rol.
Halstead introduceerde in 1983 de term ‘original antigenic sin’ (Halstead, 1983). Hiermee wordt het fenomeen bedoeld waarbij het lichaam bij een secundaire infectie met een naast verwant pathogeen, een geheugen-immuunrespons opstart tegen de primaire infectie. Hierdoor wapent het lichaam zich tegen de primaire pathogeen, terwijl deze nu niet aanwezig is in het lichaam. De respons tegen de pathogeen die nu de secundaire infectie veroorzaakt, is daarom niet zo effectief en optimaal als zou moeten, waardoor de infectie minder snel wordt geklaard. De oorzaak hiervan ligt in vergelijkbare antigenen van de verwante pathogenen. Er is voorgesteld dat original antigenic sin kan optreden wanneer antigenen tussen de pathogenen minder dan 33-42% van elkaar verschillen (Midgley et al., 2011). Gezien het verschil in antigenen bij de dengue subtypen kleiner is dan deze percentages, kan original antigenic sin inderdaad optreden.
Original antigenic sin vindt plaats in het adaptieve immuunsysteem, waarbij specifieke immuuncellen gevormd worden tegen specifieke pathogenen (Midgley et al., 2011; Halstead, 1988). Waar eerst de focus op de B-cellen werd gelegd wegens hun antilichaam-producerende functie, bleek ook een vergelijkbaar kruisreactief fenomeen bij T-cellen te bestaan. Beide dragen bij aan de ontwikkeling van severe dengue (Mongkolsapaya et al., 2006).
B-cellen
B-cellen produceren bij een acute primaire infectie voornamelijk IgM antilichamen en vormen geheugen B-cellen gericht tegen de pathogeen (Halstead, 1988). Bij een secundaire heterologe infectie worden primaire geheugen B-cellen actief, die IgG antilichamen uitscheiden. Deze primaire antilichamen dragen direct in het eerste stadium van een heterologe secundaire infectie bij aan verergering van de infectie. Dit gaat via het proces dat antibody-dependent enhancement wordt genoemd (Chaturvedi & Nagar, 2008; Midgley et al., 2011). De primaire antilichamen binden aan het secundaire virus, waarna het virus naar de fagocyten wordt geleid. Via binding aan Fc-receptoren wordt het virus/antilichaamcomplex in de fagocyt opgenomen (Chotiwan, et al., 2014). De binding tussen antilichaam en virus is niet optimaal omdat het antilichaam niet specifiek voor de huidige
7 pathogeen gemaakt is. Men vermoedt dat een conformatieverandering optreedt ten gevolge van een pH daling bij entree in het endosoom en dat hierdoor het antilichaam loslaat van het virus.
Vervolgens zou het virus in de huidige cel repliceren en een infectie induceren (Kliks et al., 1998;
Modis et al., 2004). Antibody-dependent enhancement draagt bij aan een hogere geïnfecteerde celmassa. Dit heeft te maken de receptorsamenstelling op de cellen. Macrofagen en monocyten bevatten in verhouding veel Fc receptoren op het membraan, waardoor deze cellen heel toegankelijk zijn voor infectie via antilichaam/virus-complexen. Immature dendritische cellen hebben juist weinig Fc-receptoren, waardoor antibody-dependent enhancement veel minder effect heeft op verhoogde infectie van deze cellen. Antibody-dependent enhancement versterkt dus met name dengue infectie in macrofagen en monocyten (Chotiwan et al., 2014). Daarnaast is de hypothese dat cellen die geïnfecteerd zijn middels virusentree via Fc-receptoren, meer virusdeeltjes produceren dan cellen waarbij het virus via andere receptoren de cel is binnengekomen. Antibody-dependent enhancement zou hiermee de snelle toename in virustiter bij severe dengue kunnen verklaren (Fang et al., 2014).
Ook later in de infectie blijft kruis-reactiviteit van de antilichamen een rol spelen. De formatie van nieuwe B-cellen met antilichamen die wel functioneel zijn tegen het nieuwe virus langer duurt dan het opstarten van de geheugencelrespons tegen de primaire pathogeen. Als gevolg hiervan is het aantal actieve geheugen B-cellen zoveel groter dan het aantal naïeve B-cellen, dat de naïeve cellen buiten spel worden gezet (Midgley et al., 2011). De antilichaamrespons tegen de nieuwe pathogeen is hierdoor niet zo effectief als nodig is.
T-cellen
Voor T-cellen geldt hetzelfde principe als voor B-cellen met betrekking tot original antigenic sin. Bij een secundaire heterologe dengue infectie zullen geheugen T-cellen van de primaire infectie worden geactiveerd (Mongkolsapaya et al, 2006). Hierdoor start een T-cel respons die niet maximaal effectief is tegen het huidige virus en doordat de geheugencelrespons sneller is dan nieuwe T-cel formatie, blijft een effectieve T-cel respons tegen het secundaire virus uit. Een ander verschil met de primaire respons heeft specifiek betrekking op CD8+ cytotoxische T-cellen. Bij een primaire infectie degranuleren de CD8+ T-cellen na activatie en zorgen voor lysis van geïnfecteerde cellen. Echter, bij een secundaire heterologe infectie blijft degranulatie van de CD8+ T-cellen uit, waardoor geïnfecteerde cellen niet worden gelyseerd. Bovendien worden veel verschillende cytokines geproduceerd, wat bij een primaire infectie in veel mindere mate gebeurt, die nu een grote immunologische respons tot gevolg hebben. Original antigenic sin draagt hiermee dus bij aan aanwakkering van de infectie wegens overmatige cytokineproductie en wegens verminderde klaring van het virus door afname van cellysis (Mongkolsapaya et al., 2006).
Kortom, de pathogenese van severe dengue omvat meerdere aspecten. Als gevolg van original antigenic sin in B-cellen worden geheugencellen geactiveerd die antilichamen produceren die niet neutraliserend zijn en wordt de productie van nieuwe specifieke antilichamen niet goed opgestart.
Daarnaast dragen antilichamen via antibody-dependent enhancement bij aan een snelle stijging van de virale titer en de totale geïnfecteerde celmassa. T-cellen induceren een ineffectieve immuunrespons door middel van kruisreactie van primaire T-cellen met het secundaire virus.
Bovendien leidt de veranderde functie van CD8+ T-cellen tot verminderde cellysis van geïnfecteerde cellen en tot meer cytokineproductie. Veranderingen in productie en uitscheiding van cytokines, chemokines en groeifactoren dragen direct bij aan het ontstaan van bloedingen en vasculaire
8 permeabiliteit in severe dengue. Zo stijgt tijdens severe dengue onder andere de productie van NO, VEGF, IL-6 en IL-8, terwijl IL-12 productie juist wordt verlaagd (Basu & Chaturvedi, 2008). Dit benadrukt de belangrijke rol van signaalmoleculen in de pathogenese van severe dengue.
9
Het vasculaire endotheel
Severe dengue leidt onder andere tot vasculaire permeabiliteit. Dit is het gevolg van veranderingen van endotheelcellen, en daarmee veranderingen in hun functie. Om de effecten van het denguevirus op het endotheel goed te begrijpen zal ik eerst meer beschrijven over het endotheel.
Het endotheel vormt de binnenkant van het vasculaire stelsel in het lichaam. In het lichaam bevinden zich ongeveer 6^1013 endotheelcellen, met een gezamenlijke oppervlakte van 7m2. Het bloedvatenstelsel is cruciaal voor onder andere toevoer van nutriënten en groeifactoren. Onderzoek heeft uitgewezen dat het cardiale bloedvatenstelsel het eerst gevormde systeem is in een ontwikkelend embryo. Via het proces van vasculogenese worden de eerste endotheelcellen ‘de novo’
gevormd. Verdere vertakking van de bloedvaten vindt plaats via celdeling van de endotheelcellen. Dit proces wordt angiogenese genoemd. De groeifactor VEGF is hiervoor cruciaal. Belangrijk is dat vasculogenese alleen optreedt in de eerste ontwikkeling van het embryo, terwijl angiogenese gedurende het hele leven kan plaatsvinden, bijvoorbeeld na een verwonding of bij groei en uitzaaiing van tumoren (Cines et al., 1998).
De bloedvaten zijn opgebouwd uit meerdere lagen.
De endotheelcellen omsluiten het lumen van het bloedvat en staan in direct contact met het bloed.
De endotheelcellen vormen samen met een laag van elastische vezels en collageen de zogenaamde tunica intima. Daaromheen bevindt zich de tunica media, een laag met gladde spiercellen die onder andere een rol speelt bij vasoconstrictie en vasodilatatie. De laatste laag om de bloedvaten is de tunica adventitia, bestaande uit collageen waarmee de bloedvaten stabiel in weefsel worden vastgemaakt (Korta et al., 2013). De dikte van de lagen is verschillend tussen arteriën en venen (zie Fig. 2).
Het endotheel heeft diverse functies. Allereerst zorgt het voor een afbakening tussen het bloed en het weefsel. Het endotheel heeft een barrièrefunctie en voorkomt dat vloeistoffen en moleculen zomaar uit de bloedvaten lekken (Cines et al., 1999; Mackow et al., 2015; Srikiatkhachorn & Kelley, 2015). Zogenaamde ‘juncties’ tussen de epitheelcellen reguleren de afstand tussen de cellen en reguleren welke moleculen en ionen door de barrière heen kunnen. Daarnaast kan het endotheel na stimulatie met bepaalde factoren vasodilatatie induceren en handhaaft het hemostase via signaalmoleculen uit weefsels en bloed. Bij het uitvoeren van deze functies zijn verschillende cytokines, chemokines en receptoren op de endotheelcellen betrokken.
Figuur 2: Verschil in opbouw tussen arteriën en venen.
Bron: Hole’s Human Anatomy & Physiology, 7th edition, 1996.
10
Vasculaire permeabiliteit in severe dengue
Bij het ontstaan van vasculaire permeabiliteit vinden veranderingen in receptoren op het endotheelceloppervlak plaats, neemt de productie van chemokines en cytokines toe en treden veranderingen op in cel-cel adhesie tussen de endotheelcellen (Chaturvedi & Nagar, 2009; Basu &
Chaturvedi, 2008). Vasculaire permeabiliteit kan ontstaan door verschillende factoren. Hier wordt de nadruk gelegd op de rol van twee belangrijke stoffen: NO en VEGF. Van beide signaalmoleculen is het bekend dat zij een belangrijke rol hebben in de inductie van vasculaire permeabiliteit bij een dengue infectie (Srikiatkhachorn et al., 2007; Seet et al., 2009; Misra et al., 1996; Wu-Hsieh et al., 2009). Aan de hand van NO en VEGF worden verschillende effecten van het immuunrespons uitgelegd.
Daarnaast worden enkele cytokines besproken die meespelen in het ontstaan van vasculaire permeabiliteit.
Nitric Oxide (NO)
NO is een signaalmolecuul dat veel geproduceerd wordt in ons lichaam. Enkele voorbeelden van cellen en weefsels die NO produceren zijn endotheelcellen, macrofagen en de bijnieren (Ignarro, 1991). De functies van NO zijn divers. NO heeft een rol in vasodilatatie en trombocytaggregatie, speelt een rol in inflammatie en draagt bij aan het cytotoxische effect van macrofagen (Chaturvedi &
Nagar, 2009). NO wordt lokaal geproduceerd en gebruikt, en is hiermee een paracrien en autocrien molecuul (Ignarro, 1991). Het enzym nitric oxide synthetase (NOS) medieert de productie van NO uit L-arginine, zuurstof (O2) en NADPH. NOS komt in drie vormen voor, waarvan induceerbaar NOS (iNOS) een hoofdrol heeft in de inductie van vasculaire permeabiliteit (Chaturvedi & Nagar, 2009).
iNOS bevindt zich in macrofagen en endotheelcellen en wordt actief wanneer er microbiële invasie in het lichaam is (Wu-Hsieh et al., 2009; Chaturvedi & Nagar, 2009). Het vormt hoge concentraties NO die worden gebruikt om pathogenen en andere gefagocyteerde componenten te doden. NO is uit zichzelf niet toxisch. Echter, wanneer het reageert met O2-
, het superoxide anion, wordt peroxynitriet gevormd (ONOO-) wat wel toxische effecten heeft. Hiermee heeft NO een belangrijke rol in het immuunsysteem.
Rol van NO in vasculaire permeabiliteit
NO beïnvloedt de dengue infectie vanuit verschillende mechanismen. Zo draagt iNOS geproduceerd NO enerzijds bij aan het immuunrespons tegen het virus door remming van de virale replicatie te induceren. Het gevormde NO inhibeert hierbij een enzym wat essentieel is voor de virale replicatie, waardoor replicatie afneemt en de infectie dus minder wordt verspreid (Takhampunya et al., 2006).
Hoewel NO via dit mechanisme een positief effect heeft op de dengue infectie, draagt NO in severe dengue vooral bij aan verergering van de infectie doordat het vasculaire permeabiliteit medieert (Chaturvedi & Nagar 2009). Hoofdzakelijk de omzetting van NO, gevormd door iNOS in geactiveerde macrofagen en endotheelcellen, naar peroxynitriet draagt hieraan bij. Peroxynitriet induceert enerzijds DNA breuken en inhibeert anderzijds DNA ligase, het enzym wat DNA breuken herstelt (Chaturvedi & Nagar, 2009). De DNA schade die ontstaat, wordt niet effectief hersteld door het ligase, waardoor de cel energie-uitputtende herstelmechanismen opstart die het cellulaire metabolisme verminderen. Gezamenlijk leidt dit uiteindelijk tot apoptose van macrofagen en endotheelcellen (Wu-Hsieh et al., 2009; Chaturvedi & Nagar, 2009). Apoptose van endotheelcellen tast direct de vasculaire integriteit aan en leidt hiermee tot toename van de vasculaire permeabiliteit.
11 Een andere mogelijke route naar apoptose van endotheelcellen verloopt vermoedelijk via antilichamen tegen niet-structureel eiwit 1 (NS1) (Lin et al., 2004). Het NS1 eiwit wordt tot expressie gebracht op het celmembraan van een geïnfecteerde cel en wordt in de bloedcirculatie uitgescheiden (Lin et al., 2002; Chaturvedi & Nagar, 2009). Onderzoek van Falconar et al. (1997) bracht de hypothese dat NS1 antilichamen niet alleen aangrijpen op NS1 antigenen op dengue geïnfecteerde cellen, en daar bijdragen aan cellysis met behulp van het complementsysteem, maar ook via kruisreactie aan niet-geïnfecteerde endotheelcellen binden en hierin apoptose induceren. In een vitro studie van Lin et al. (2002) vertoonden endotheelcellen na binding met NS1 antilichamen verhoogde genexpressie van iNOS en meer NO en O2- productie. Hierna gingen de cellen in apoptose.
Een NOS inhibitor remde de apoptose, waardoor NS1 antilichaam-geïnduceerde apoptose via een NO-afhankelijke pathway lijkt te verlopen. Peroxynitrietformatie is een potentiële verklaring voor het optreden van apoptose, al is dit nog niet bevestigd (Lin et al., 2002). Echter, ook een NO- onafhankelijk route via caspase-3 leek betrokken te zijn bij de endotheelcelapoptose (Lin et al., 2002). Caspase-3 is bekend om zijn rol in apoptose pathways (Porter et al., 1999). Het is mogelijk dat NS1 antilichamen via activatie van meerdere pathways bijdragen aan apoptose van endotheelcellen.
Om dit vast te stellen is meer onderzoek naar het onderliggende mechanisme vereist.
Daarnaast lijkt NO een rol te spelen in apoptose van macrofagen en T-cellen, in een pathway die wordt geïnduceerd door CD4+ T-cellen. Tijdens een dengue infectie produceren CD4+ T-cellen Cytotoxic Factor (Mukerjee et al., 1995; Chaturvedi et al., 1999). Cytotoxic Factor wordt alleen in het lichaam gezien tijdens een dengue infectie; bij andere virusinfecties door Flavivirussen of in een gezond lichaam wordt deze stof niet geproduceerd (Mukerjee et al., 1995; Chaturvedi et al.,1999).
Cytotoxic Factor grijpt specifiek aan op de subgroep H-2a- macrofagen en CD4+ cellen (Chaturvedi et al., 1999). In een studie van Misra et al. (1996) bleek Cytotoxic Factor in deze cellen productie van oxidatieve radicalen te verhogen. Beide celtypen, macrofagen en CD4+ T-cellen, ondergingen hierna apoptose. Daarnaast leidde de productie van oxidatieve radicalen tot celdood van targetcellen, waardoor Cytotoxic Factor via deze pathway vermoedelijk bijdraagt aan vasculaire permeabiliteit.
Naast het veroorzaken van apoptose induceert Cytotoxic Factor in H-2a+ macrofagen productie van een andere stof, cytotoxin (Misra et al., 1998). Cytotoxin versterkt het effect van Cytotoxic Factor, waarmee een positieve feedbackloop is gecreëerd voor de productie van Cytotoxic Factor en daarmee het doden van macrofagen en CD4+ T-cellen. Hoe Cytotoxic Factor precies apoptose induceert is nog onduidelijk, al is betrokkenheid van NO- en radicaalproductie aangetoond en is deze route waarschijnlijk calciumafhankelijk (Misra et al., 1998). Peroxynitrietformatie als oorzaak van de apoptose lijkt waarschijnlijk: in een muizenmodel is aangetoond dat macrofagen en T-cellen na contact met Cytotoxic Factor een Ca2+ influx vertoonden en nitriet en radicalen produceerden, die vervolgens werden omgezet tot peroxynitriet. Voor humaan geproduceerd Cytotoxic Factor is dit nog niet aangetoond. Betrokkenheid van peroxynitriet in het mechanisme van apoptose door Cytotoxic Factor kan daarom nog niet worden bevestigd (Misra et al., 1996; Chaturvedi et al., 1999).
Cytotoxic Factor en cytotoxin stimuleren macrofagen dus tot productie van vrije radicalen, O2-
en waarschijnlijk tot peroxynitriet (Misra et al., 1998). De gevormde vrije radicalen leiden naast het doden van de targetcellen tot upregulatie van veel verschillende cytokines, die gezamenlijk bijdragen aan de cytokinestorm die vasculaire permeabiliteit induceert. Cytotoxic Factor draagt hiermee indirect bij aan vasculaire schade en permeabiliteit. Het belang van Cytotoxic Factor in de ontwikkeling tot severe dengue werd extra benadrukt door Chaturvedi et al. (2001). Het lichaam
12 maakt namelijk antilichamen tegen Cytotoxic Factor die de schadelijke effecten van Cytotoxic Factor tegengaan. Er is gebleken dat bij patiënten met dengue fever veel antilichamen tegen Cytotoxic Factor in het bloed aanwezig waren, terwijl patiënten met severe dengue juist een lage antilichaamtiter tegen Cytotoxic Factor hadden. De hoeveelheid antilichamen lijkt dus samen te hangen met de ernst van de ziekte.
Al met al heeft NO dus een cruciale rol in de inductie van vasculaire permeabiliteit. Overmatige productie van NO, en met name de omzetting naar peroxynitriet, tast de vaatwandintegriteit aan.
Peroxynitriet leidt tot apoptose van immuuncellen en endotheelcellen en is hiermee een belangrijke factor in inductie van vasculaire permeabiliteit. Cytotoxic Factor en NS1 antilichamen dragen vermoedelijk bij aan toename van vasculaire permeabiliteit. Toch zijn de onderliggende pathways nog niet volledig duidelijk en is meer onderzoek nodig om dit te verhelderen.
Vascular Endothelial Growth Factor
Vascular Endothelial Growth Factor A (VEGF-A) is een signaalmolecuul wat bekend staat om zijn rol bij de angiogenese en vasculaire integriteit. Er zijn meerdere subtypen VEGF, maar in deze scriptie ligt de nadruk op VEGF-A. VEGF-A kan binden aan twee receptoren: VEGFR1 en VEGFR2, twee transmembraan receptor tyrosine kinases. VEGFR1 bevindt zich op endotheelcellen en macrofagen, terwijl VEFGR2 zich uitsluitend op endotheelcellen bevindt. De VEGFRs circuleren daarnaast in het bloed, wat in de literatuur wordt aangeduid met de term ‘oplosbare receptor’ (Gavard et al., 2008;
Michels et al., 2012).
In vasculaire permeabiliteit speelt met name VEGFR2 een rol (Srikiatkachorn et al., 2007). Wanneer VEGF-A bindt aan VEGFR2 op endotheelcellen, wordt de receptor gefosforyleerd. Een essentiële component in de pathway voor vasculaire permeabiliteit is de tyrosine kinase Src (Michels et al., 2012). De Src pathway draagt bij aan verstoring van de vaatwandintegriteit door aantasting van cel- cel juncties tussen endotheelcellen (zie Fig.3). Het leidt tot downregulatie van de VE-cadherin en Zona Occludin-1 (ZO-1) eiwitten die zich in cel-cel juncties bevinden. Deze eiwitten zorgen dat endotheelcellen dicht tegen elkaar aan worden gehouden, zodat alleen selectieve moleculen de endotheelcelbarrière kunnen passeren. Downregulatie van deze eiwitten leidt tot een minder stevige verbinding tussen de endotheelcellen, waardoor meer moleculen uit de vaten kunnen treden. VEGF- A leidt daarom via de Src pathway tot toename van vasculaire permeabiliteit (Gavard et al., 2008).
Deze pathway wordt beïnvloed door angiopoietine-1 en angiopoietine-2 (Michels et al., 2012; Ong et al., 2013). Angiopoietine-2 heeft een vergelijkbare werking als VEGF-A en leidt tot destabilisatie van cel-cel adhesie door downregulatie van VE-cadherin en ZO-1 eiwitten. Daarnaast maakt het endotheelcellen gevoeliger voor de effecten van VEGF-A en pro-inflammatoire cytokines.
Angiopoietine-2 draagt zo op meerdere manieren bij aan vasculaire permeabiliteit (Michels et al., 2012; Ong et al., 2013). Angiopoietine-1 daarentegen is juist een antagonist van VEGF-A (Gavard et al., 2008). Angiopoietine-1 bindt aan de Tie2 receptor op endotheelcellen en activeert een pathway waarin dezelfde tyrosine kinase Src gebruikt wordt als in de VEGF-A pathway (zie Fig. 3).
Angiopoietine-1 neemt hiermee de essentiële component van de VEGF-geïnduceerde vasculaire permeabiliteit pathway weg. Dit betekent dat in aanwezigheid van angiopoietine-1 de VE-cadherin
13 en ZO-1 eiwitten niet worden downgereguleerd. De cel-cel juncties blijven dus in tact. Angiopoietine- 1 handhaaft hiermee vasculaire integriteit (Gavard et al, 2008; Ong et al., 2013).
Rol van VEGF in vasculaire permeabiliteit
VEGF-A en de VEGFR2 hebben samen een belangrijke rol in vasculaire permeabiliteit. VEGF-A kan complexen vormen met oplosbare VEGFR2s in het bloed, of het kan binden aan VEGFR2s op het membraan van endotheelcellen (Srikiatkhachorn et al., 2007). Ten tijde van de plasma lekkage bij severe dengue treden specifieke veranderingen op in bloedwaardes van VEGF-A en in het aantal oplosbare en membraangebonden VEGFR2s (Srikiatkachorn et al., 2007; Seet et al., 2009). Op het moment van plasma lekkage zijn vrije VEGF-A waardes in het bloed verhoogd en is het aantal oplosbare VEGFR2s verlaagd (Seet et al., 2009). De stijging in vrij VEGF-A zou verklaard kunnen worden door de waargenomen afname van het aantal VEGF-A/oplosbaar VEGFR2 complexen, waardoor meer VEGF-A vrij beschikbaar komt (Srikiatkhachorn et al., 2007). Tegelijkertijd met de afname van oplosbare VEGFR2s neemt het aantal membraangebonden VEGFR2s juist toe.
Srikiatkachorn et al. (2007) stellen de hypothese dat oplosbaar VEGFR2 een cleavage product is van de membraangebonden VEGFR2. Gezien het specifieke gelijktijdige moment van optreden van plasma lekkage en veranderingen in VEGF2Rs vermoeden zij dat het denguevirus, op direct of indirecte wijze is onduidelijk, de biosynthese van VEGFR2 beïnvloedt. Hierbij zullen membraangebonden VEGFR2s minder worden omgezet tot oplosbare VEGFR2s (zie Fig. 4). Dit zou de afname van oplosbaar VEGFR2 en de toename van membraangebonden VEGFR2 verklaren.
Daarnaast zou de toegenomen receptordichtheid op de endotheelcellen het permeabiliteit- inducerende effect van VEGF-A versterken (zie Fig. 4). Tot slot denken Srikiatkachorn et al. dat de
Figuur 3: Antagonistische werking van VEGF en angiopoietine-1 (Ang-1) op de endotheelcelbarrière. VEGF leidt via Src tot fosforylatie van VE-cadherin, waardoor VE-cadherin gedownreguleerd wordt en de barrièrefunctie van het endotheel wordt aangetast. Aanwezigheid van angiopoietine-1 neemt Src weg uit de pathway voor VEGF-geïnduceerde vasculaire permeabiliteit, waardoor vaatwandintegriteit gehandhaafd blijft (Bewerkt van Gavard et al., 2008).
14 oplosbare VEGFR2s VEGF-A deels wegvangen van de membraanreceptoren en hiermee bijdragen aan regulatie van VEGF-A-geïnduceerde vasculaire permeabiliteit. Bij elkaar genomen impliceert dit dat het permeabiliteitseffect van VEGF-A mogelijk wordt gereguleerd door de oplosbare VEGFR2s en dat het denguevirus deze regulatie verstoord middels veranderingen in de VEGFR2 biosynthese.
Figuur 4: Voorgesteld model van denguevirus-geïnduceerde VEGF activiteit door Srikiatkhachorn et al. (Bewerkt van Srikiatkhachorn et al., 2007).
Rol van angiopoietine in vasculaire permeabiliteit
Angiopoietine-1 en angiopoietine-2 interfereren met de VEGF-A pathway voor vasculaire permeabiliteit (Srikiatkhachorn et al., 2007). Onderzoek van Michels et al. (2012) onder kinderen met severe dengue liet zien dat angiopoietine-1 waardes in het bloed ten tijde van de infectie verlaagd waren. Angiopoietine-1 heeft een antagonistische werking op VEGF-A geïnduceerde vasculaire permeabiliteit (zie Fig. 3). Indien angiopoietine-1 dus verlaagd is, wordt de VEGF-A pathway niet gehinderd en wordt vasculaire permeabiliteit geïnduceerd. In dezelfde observatie studie van Michels et al. (2012) bleek dat angiopoietine-2 juist verhoogd was bij severe dengue. Verhoogde angiopoietine-2 waardes dragen bij aan verergerde permeabiliteit, door aantasting van cel-cel adhesiemoleculen en toegenomen sensitiviteit van de endotheelcellen voor VEGF en pro- inflammatoire cytokines.
Doordat Michels et al. een observationele studie hebben uitgevoerd, is niet met zekerheid te zeggen of de verlaagde angiopoietine-1 en verhoogde angiopoeitine-2 waardes direct bijdragen aan verergerde permeabiliteit. Toch zijn beide verschijnselen mogelijk te verklaren. Een van de klinische verschijnselen van severe dengue is trombocytopenie (Halstead et al., 2007). Trombocyten vormen een opslagplaats voor angiopoietine-1 (Michels et al., 2012). Een verlaagd trombocytenaantal als gevolg van de dengue infectie zou een afname van angiopoietine-1 tot gevolg kunnen hebben.
Angiopoietine-2 daarentegen ligt opgeslagen in Weibel-Palade body’s in endotheelcellen (Michels et al., 2012). Deze body’s zijn mede de hoofdopslagplaats van de bloedstollingscomponent von Willebrandfactor. In het onderzoek werden bij severe dengue patiënten hoge waardes von Willebrandfactor gevonden. Dit impliceert dat exocytose van de Weibel-Palade body’s optreedt, wat de verhoogde angiopoietine-2 waardes zou kunnen verklaren. Hiermee lijken zowel angiopoietine-1 en angiopoietine-2 door hun veranderde concentraties bij te dragen aan vasculaire permeabiliteit.
Het lijkt er dus op dat de balans tussen angiopoietine-1 en angiopoietine-2 verstoord is bij severe dengue (Ong et al., 2013; Michels et al., 2012). Wegens de tegenovergestelde effecten die beide componenten op de integriteit van de vaatwand hebben, lijkt de balans tussen beide stoffen
15 belangrijk te zijn. Er is tot op heden echter nog te weinig onderzoek gedaan naar de effecten en onderliggende mechanismen van angiopoietine-1 en angiopoietine-2 in relatie tot severe dengue om conclusies te kunnen trekken over de bijdrage hiervan aan vasculaire permeabiliteit.
Cytokinestorm
Een van de belangrijkste componenten in het ontstaan van vasculaire permeabiliteit in severe dengue is de cytokinestorm die in het lichaam ontstaat. Onder andere NO productie, antilichamen en kruis-reactieve T-cellen leiden tot productie van veel verschillende cytokines, waarvan de meeste pro-inflammatoir zijn (Chaturvedi & Basu, 2009). Sommige cytokines worden juist in mindere mate geproduceerd, wat ook negatieve gevolgen kan hebben voor vasculaire permeabiliteit. Wegens het grote aantal cytokines en hun uiteenlopende effecten kunnen zij niet allemaal behandeld worden.
Drie belangrijke cytokines waarvan hun rol in severe dengue meermaals is aangetoond, worden nader toegelicht (Chaturvedi et al., 2000; Huang et al., 2000; Talavera et al. 2004).
IL-6
IL-6 wordt uitgescheiden door geïnfecteerde endotheelcellen (Huang et al., 2000; Romano et al., 1997). Dit cytokine versterkt de aantrekking van leukocyten en speelt hiermee een rol in lokale inflammatieprocessen. Extra aantrekking van lymfocyten kan leiden tot extra activatie en beschadiging van endotheelcellen, waarmee vasculaire permeabiliteit gestimuleerd wordt (Basu &
Chaturvedi, 2009).
IL-8
IL-8 wordt uitgescheiden door geïnfecteerde endotheelcellen en lijkt een rol te hebben in aantasting van de cel-celadhesie (Huang et al. 2000; Talavera et al. 2004). Het actine cytoskelet bindt normaal gesproken aan tight junction complexen, welke voor cel-celadhesie zorgen. IL-8 leidt tot disorganisatie van de actinefilamenten, waardoor de mate van cel-celadhesie afneemt. Daarnaast zorgt IL-8 tot downregulatie van ZO-1 eiwitten, wat ook een negatief effect heeft op vasculaire integriteit. IL-8 heeft dus effect op cel-cel adhesie, waardoor de vasculaire permeabiliteit toeneemt.
Bovendien is IL-8 een chemoattractant voor neutrofielen, basofielen en lymfocyten (Huang et al., 2000; Basu & Chaturvedi, 2009). Dit kan, net als bij IL-6, leiden tot activatie en beschadiging van endotheelcellen, en dus tot meer plasma lekkage uit de vaten.
IL-12
IL-12 wordt geproduceerd door geactiveerde dendritische cellen en macrofagen (Bastos et al., 2004).
Het leidt tot inductie van een specifieke CD4+ Th-1 respons (Basu & Chaturvedi, 2009; Chaturvedi et al., 2000). Patiënten met dengue fever vertonen voornamelijk een Th1 respons in reactie op het denguevirus, terwijl patiënten met severe dengue een verschuiving van Th1 naar Th2 respons laten zien. Th2-cellen produceren andere cytokines dan Th1-cellen, waardoor het lichaam anders reageert.
Door de specifieke verschuiving naar de Th2-respons bij severe dengue, lijkt de Th2 respons bij te dragen aan de ontwikkeling van severe dengue, en dus aan vasculaire permeabiliteit. IL-12 productie is bij severe dengue verlaagd, terwijl dit bij dengue fever juist zeer verhoogd is. IL-12 geeft hiermee een direct verband met de verschuiving in respons. Het onderliggende mechanisme van verminderde productie van IL-12 en de daaropvolgende verschuiving van Th-1 naar Th2 respons is echter nog niet duidelijk. Het induceren van verhoogde IL-12 productie zou ontwikkeling tot severe dengue misschien kunnen voorkomen (Chaturvedi et al., 2000).
16 Verschillende cytokines dragen elk op hun eigen manier bij aan de ontwikkeling van severe dengue.
Bovengenoemde cytokines grijpen aan op de cel-cel adhesie, endotheelcelactivatie en stimulatie van cytokineproductie, wat bijdraagt aan vasculaire permeabiliteit. Belangrijk om te vermelden is dat de cytokines geen exclusieve rol hebben in de inductie van severe dengue en vasculaire permeabiliteit.
Ze dragen bij aan het ontwikkelen van plasma lekkage, maar pas de combinatie van verschillende cytokines, veranderingen in receptoren, endotheelcelactivatie, leukocytaantrekking en processen als original antigenic sin leiden samen tot de ontwikkeling van severe dengue.
17
Conclusie
Ontwikkeling van vasculaire permeabiliteit is een groot probleem in severe dengue. In het onderzoek naar dengue ligt de focus onder andere op het vinden van een vaccin, wat tot op heden niet is gevonden. Aan de basis van dit probleem ligt original antigenic sin, waardoor een vaccin direct moet beschermen tegen alle virus serotypen om sensitisatie voor ontwikkeling van severe dengue te voorkomen. Wegens de cross-activiteit van antilichamen zou een denguetherapie gebaseerd op andere mechanismen dan antilichamen mogelijk een alternatief zijn. Naast antilichamen zijn er bij severe dengue andere belangrijke mechanismen die bijdragen aan vasculaire permeabiliteit. Met name de omzetting van NO tot peroxynitriet geeft aanleiding tot apoptose van immuun- en endotheelcellen, waardoor het immuunrespons minder effectief is en de endotheelcelbarrière wordt aangetast. NO productie door iNOS in geactiveerde macrofagen komt op gang zodra pathogenen worden gedetecteerd, waardoor dit proces moeilijk geremd kan worden. Echter, iNOS activatie in macrofagen wordt tijdens een dengue infectie extra gestimuleerd door Cytotoxic Factor. Cytotoxic Factor wordt volgens de huidige kennis alleen geproduceerd bij dengue infecties. In severe dengue is de antilichaamproductie tegen Cytotoxic Factor niet optimaal, waardoor overmatige iNOS activatie en daarmee endotheelschade niet geremd wordt. Daarom zou Cytotoxic Factor een potentiële kandidaat zijn voor een denguetherapie. Daarnaast lijkt het denguevirus vasculaire integriteit te beïnvloeden door veranderingen in de oplosbare en membraangebonden vorm van de VEGFR2. Het is nog niet duidelijk hoe de biosynthese van de oplosbare dan wel membraangebonden vorm van VEGFR2 verloopt. Doordat veranderingen in receptoren specifiek tijdens plasma lekkage voorkomen, lijkt het denguevirus specifiek synthese van de receptoren te beïnvloeden. Vooralsnog is het niet zeker of dit door het virus zelf veroorzaakt wordt, of dat het een indirect effect van het virus op de endotheelcellen is. Met begrip over de biosynthese van VEGFR2 is het wellicht mogelijk deze pathway te moduleren om vasculaire permeabiliteit te verminderen.
Daarnaast is een beperking in het onderzoek naar dengue het ontbreken van een goed diermodel, waardoor effecten veelal slechts in vitro worden aangetoond en in vivo niet gecontroleerd kunnen worden. In vitro studies blijven echter belangrijk, omdat observationele patiëntenstudies geen directe verbanden kunnen aantonen tussen aanwezigheid van bepaalde componenten in het lichaam tijdens een dengue infectie en hun rol in vasculaire permeabiliteit.
In de toekomst zal onderzoek naar vasculaire permeabiliteit bij severe dengue zich verder moeten richten op de onderliggende pathways om beter te begrijpen wat het denguevirus in het lichaam aanricht. Onder andere informatie over de pathways van VEGF en angiopoietine kunnen hieraan bijdragen. Wat is de rol van de oplosbare VEGFR2 receptor in het stimuleren van vasculaire permeabiliteit en hoe wordt dit door het virus beïnvloed? Wat is de rol van de balans tussen angiopoietine-1 en angiopoietine-2, en welke bijdrage heeft dit in de ontwikkeling van vasculaire permeabiliteit? Ook ontbreekt nog informatie over de T-cel respons bij severe dengue, die onder andere bijdraagt aan de cytokinestorm. Hoe kan het dat er een shift van Th-1 naar Th2 respons plaatsvindt? Welke directe gevolgen heeft dit? Tot slot is de rol van veel cytokines bij severe dengue nog niet duidelijk. Uiteindelijk kan met meer kennis over onderliggende mechanismen van vasculaire permeabiliteit verder worden gezocht naar een therapie tegen dengue. Dit leidt wellicht tot een therapie die niet op antilichamen is gebaseerd, maar die onderliggende pathways van vasculaire permeabiliteit moduleert.
18
Referenties
Bastos, K.R.B., Marinho, C.R.F., Barboza, R., Russo, M., Álvarez, J.M., D’Império Lima, M.R. (2004). What kind of message does IL-12/IL-23 bring to macrophages and dendritic cells? Microbes and Infection; 6(6): 630-636
Basu, A. & Chaturvedi, U.C. (2008). Vascular Endothelium: the battlefield of Dengue viruses. Federation of European Microbiological Societies Immunology and Medical Microbiology; 53: 287–299
Bhatt. S., Gething, P.W., Brady, O.J., Messina, J.P., Farlow, A.W., Moyes, C.L, Drake, J.M., Brownstein, J.S., Hoen, A.G., Sankoh, O., Myers, M.F., George, D.B., Jaenisch, T., Wint, G.R., Simmons, C.P., Scott T.W., Farrar, J.J., Hay, S.I. (2013).
The global distribution and burden of dengue. Nature; 496(7449):504-507
Blok, J. (1985). Genetic relationships of the dengue virus serotypes. Journal of General Virology; 66:1323–1325.
Charnsilpa, W., Takhampunya, R., Endy, T.P., Mammen, M.P., Libraty, D.H., Ubol, S. (2005). Nitric oxide radical suppresses replication of wild-type dengue 2 viruses in vitro. Journal of Medical Virology; 77(1):89-95.
Chaturvedi, U.C., Agarwal, R., Elbishbishi, E.A., Mustafa, A.S. (2000). Cytokine cascade in dengue hemorrhagic fever:
implications for pathogenesis. FEMS immunology and medical microbiology; 28(3): 183-188
Chaturvedi, U.C., Agarwal, R., Misra, A., Mukerjee, R., Kapoor, S., Nagar, R. (1999). Cytotoxic Factor in Dengue Haemorrhagic Fever. Medical principles and practice; 8:26-31
Chaturvedi, U.C., Elbishbishi, E.A., Agarwal, R., Mustafa, A.S. (2001). Cytotoxic factor-autoantibodies: possible role in the pathogenesis of dengue haemorrhagic fever. FEMS Immunology and Medical Microbiology; 30(3):181-6.
Chaturvedi, U.C., Nagar, E., Shrivastava, R. (2006). Macrophage & dengue virus: Friend or foe? Indian Journal of Medical Research; 124: 23-40
Chaturvedi, U.C., Nagar, R. (2009). Nitric oxide in dengue and dengue haemorrhagic fever: necessityor nuisance?
Immunology and Medical Microbiology; 56: 9–24
Chotiwan, N., Roehrig, J.T., Schlesinger, J.J., Blair, C.D., Huang, C. Y., (2014). Molecular determinants of dengue virus 2 envelope protein important for virus entry in FcγRIIA-mediated antibody-dependent enhancement of infection. Virology;
546-457: 238-246
Cines, D.B.,. Pollak, E.S., Buck, C.A., Loscalzo, J., Zimmerman, G.A., McEver, R.P., Pober, J.S., Wick, T.M., Konkle, B.A., Schwartz, B.S., E.S., Barnathan, McCrae, K.R., Hug, B.A., Schmidt, A., Stern, D.M. (1998). Endothelial Cells in Physiology and in the Pathophysiology of Vascular Disorders. Blood; 91(10) 3527-3561
Falconar, A. K. I. 1997. The dengue virus nonstructural-1 protein (NS1) generates antibodies to common epitopes on human blood clotting, integrin/adhesion proteins and binds to human endothelial cells: potential implications in haemorrhagic fever pathogenesis. Archives of Virology; 142(5):897-916.
Fang, Y.T., Wan. S.W., Lu, Y.T., Yao, J.H., Lin, C.F., Hsu, L.J., Brown, M.G., Marshall, J. S., Anderson, R., Lin, Y.S. (2014).
Autophagy facilitates antibody-enhanced dengue virus infection in human pre-basophil/mast cells. PloS One; 9(10):
e110655
Gavard, J., Patel, V., Gutkind, J.S. (2008). Angiopoietin-1 prevents VEGF-induced endothelial permeability by sequestering Src through mDia. Developmental cell; 14(1): 25-36
Halstead, S.B. (1988). Pathogenesis of dengue: challenges to molecular biology. Science; 239(4839):476-481 Halstead, S.B. (2007). Dengue. Lancet; 370: 1644–52
Halstead, S.B., Rojanasuphot,S., Sangkawibha, N. (1983). Original antigenic sin in dengue. The American journal of tropical medicine and hygiene; 32(1): 154-156
Huang, Y.H., Lei, H.Y., Liu, H.S., Lin, Y.S., Liu, C.C., Yeh, T.M. (2000). Dengue virus infects human endothelial cells and induces IL-6 and IL-8 production. The American journal of tropical medicine and hygiene; 63(1-2): 71-75
19
Ignarro, L.J. (1991). Signal transduction mechanisms involving nitric oxide. Biochemical Pharmacology; 41:485-490
Kautner, I., Robinson, J, Kuhnle, I. (1997). Dengue Virus Infection: epidemiology, pathogenesis, clinical presentation, diagnosis and prevention. Journal of Pediatrics; 131: 516-524
Kirkpatrick, B.D., Durbin, A.P., Pierce, K.K., Carmolli, M.P., Tibery, C.M., Grier, P.L., Hynes, N., Diehl, S.A., Elwood, D., Jarvis, A.P., Sabundayo, B.P., Lyon, C.E., Larsson, C.J., Jo, M., Lovchik, J.M., Luke, C.J., Walsh, M.C., Fraser, E.A., Subbarao, K., Whitehead, S.S. (2015). Robust and Balanced Immune Responses to All 4 Dengue Virus Serotypes Following Administration of a Single Dose of a Live Attenuated Tetravalent Dengue Vaccine to Healthy, Flavivirus-Naive Adults. Journal of Infectious Diseases; epub ahead of print.
Kliks, S. C., Nisalak, A., Brandt, W. E., Wahl, L. & Burke, D. S. (1989). Antibody-dependent enhancement of dengue virus growth in human monocytes as a risk factor for dengue hemorrhagic fever. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene; 40:444-451
Korta, K., Kupczyk, P., Skóra, J., Pupka, A., Zejler, P., Hołysz, M., Gajda, M., Nowakowska, B., Barć, P., Dorobisz, A.T., Dawiskiba, T., Szyber, P., Bar, J. (2013). Stem and progenitor cells in biostructure of blood vessel walls. Postepy Hig Med Dosw; 67:982-95
Kurane, I. (2007). Dengue hemorrhagic fever with special emphasis on immunopathogenesis. Comparative Immunology, Microbiology & Infectious Diseases; 30: 329–340
Lin, Y.S., Lin, C.F., Lei, H.Y., Liu, H.S., Yeh, T.M., Chen, S.H., Liu, C.C. (2004). Antibody-mediated endothelial cell damage via nitric oxide. Current Pharmaceutical Design; 10(2):213-21.
Lin,C.F., Lei, H.Y., Shiau, A.L., Liu, H.S., Yeh, T.M., Chen, S.H., Liu, C.C., Chiu, S.C., Lin, Y.S. (2002). Endothelial cell apoptosis induced by antibodies against dengue virus nonstructural protein 1 via production of nitric oxide. Journal of Immunology;
169(2):657-664
Mackow, E. R., Gorbundova, E.E., Gavrilovkaya, I.N. (2015). Endothelial cell dysfunction in viral hemorrhage and edema.
Frontiers in microbiology; 5: 1-9
Martina, B.E. (2014). Dengue pathogenesis: a disease driven by the host response. Science Progress; 97(Pt 3):197-214.
Michels, M., van der Ven, A.J., Djamiatun, K., Fijnheer, R., de Groot, P.G., Griffioen, A.W., Sebastian, S., Farads, S.M., de Mast, Q (2012). Imbalance of angiopoietin-1 and angiopoietin-2 in severe dengue and relationship with thrombocytopenia, endothelial activation, and vascular stability. American Journal of tropical medicine and hygiene; 87(5):943-946
Midgley, C.M. Bajwa-Joseph, M., Vasanawathana, S., Limpitikul, W., Wills, B., Flanagan, A., Waiyaiya, E., Tran, H.B., Cowper, A.E., Chotiyarnwong, P., Grimes, J.M., Yoksan, S., Malasit, P., Simmons, C.P., Mongkolsapaya, J., Screaton, G.R. (2011). An in- depth analysis of original antigenic sin in dengue virus infection. Journal of virology; 85(1): 410-421
Misra, A., Mukerjee, R., Chaturvedi, U.C. (1996). Release of reactive oxygen intermediates by dengue virus-induced macrophage cytotoxin. International Journal of experimental pathology; 77(5): 237-242
Misra A., Mukerjee R., Chaturvedi, U.C. (1998). Respiratory burst by dengue virus-induced cytotoxic factor. Medical principles and practice; 7:251-260.
Modis Y., Ogata, S., Clements, D., Harrison, S.C. (2004). Structur of dengue virus envelope protein after membrane fusion.
Nature; 427(6972):313-319
Mongkolsapaya, J., Duangchinda, T., Dejnirattisai, W., Vasanawathana, S., Avirutnan, P., Jairungsri, A., Khemnu, N., Tangthawornchaikul, N., Chotiyarnwong, P., Sae-Jang, K., Koch, M., Jones, Y., McMichael, A., Xu, X., Malasit, P., Screaton, G.
(2006). T cell responses in dengue hemorrhagic fever: are cross-reactive T cells suboptimal? Journal of immunology;
176(6):3821-3829.
Mukerjee, R., Chaturvedi, U.C., Dhawan, R. Dengue virus-induced human cytotoxic factor: production by peripheral blood leucocytes in vitro. Clinical and experimental immunology; 102(2):262-267
Neves-Souza, P.C., Azeredo, E.L., Zagne, S.M., Valls-de-Souza, R., Reis, S.R., Cerqueira, D.I., Nogueira, R.M., Kubelka, C.F.
(2005). Inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in monocytes during acute Dengue Fever in patients and during in vitro infection. BMC Infectious Diseases; 5:64.
20
Ong, S.P., Ng, M.L., Chu, J.J. (2013). Differential regulation of angiopoietin 1 and angiopoietin 2 during dengue virus infection of human umbilical vein endothelial cells: implications for endothelial hyperpermeability. Medical Microbiology and Immunology; 202(6):437-452
Porter, A.G. & Jänicke, R.U. (1999). Emerging roles of caspase-3 in apoptosis. Cell death and differentiation; 6(2):99-104 Ramakrishnan L. (2013). Novel vaccine candidate that offers protection over all four dengue serotypes. Master of Science thesis, Manipal University, Manipal, Karnataka, India.
Ramakrishnan, L., Pillai, M.R.,Nair., R.R. (2015). Dengue Vaccine Development: Strategies and Challenges. Viral Immunology; 28(2)76-84
Ramanathan MP, Kuo Y, Selling BH, et al. Development of a novel DNA SynCon tetravalent dengue vaccine that elicits immune responses against four serotypes. Vaccine; 29:6444–6447.
Romano, M., Sironi, M., Toniatti, C., Polentarutti, N., Fruscella, P., Ghezzi, P., Faggioni, R., Luini, W., van Hinsbergh, V., Sozzani, S., Bussolino, F., Poli, V., Ciliberto, G., Mantovani, A. (1997). Role of IL-6 and its soluble receptor in induction of chemokines and leukocyte recruitment. Immunity; 6(3): 315-325
Seet, R.C.S., Chow, A. W.L., Quek, A.M.L., Chan, Y., Lim., E.C.H. (2009). Relationship between circulation vascular endothelial growth factor and its soluble receptors in adults with dengue virus infection: a case control study. International Journal of Infectious Diseases; 13:e248-e253
Srikiatkhachorn, A. & Kelley, J.F. (2009). Endothelial cells in dengue hemorrhagic fever. Antiviral Research; 109: 160–170
Srikiatkhachorn, A., Ajariyakhajorn, C.A., Endy,T.P.,Kalayanarooj,S. Libraty, D.H., Green,S., Ennis, F.A.,Rothman, A.L. (2007).
Virus-Induced Decline in Soluble Vascular Endothelial Growth Receptor 2 Is Associated with Plasma Leakage in Dengue Hemorrhagic Fever. Journal of Virology; 81(4) p. 1592–1600
Takhampunya, R., Padmanabhan, R., Ubol, S. (2006) Antiviral action of nitric oxide on dengue virus type 2 replication.
Journal of General Virology; 87:3003-11
Ubol, S., Chareonsirisuthigul, T., Kasisith, J., Klungthong, C. (2008) Clinical isolates of dengue virus with distinctive susceptibility to nitric oxide radical induce differential gene responses in THP-1 cells. Virology; 376(2):290-6
Vervaeke, P., Vermeire, K., Liekens, S. (2015) Endothelial dysfunction in dengue virus pathology. Reviews in Medical Virology; 25: 50–67
World Health Organization (2009). Dengue Guidelines for Diagnosis, Treatment, Prevention, and Control 2009. Beschikbaar via: www.who.int/rpc/guidelines/9789241547871/en/ Geraadpleegd op 23-06-2015
World Health Organization (2012). Handbook for clinical management of dengue.
World Health Organization. Beschikbaar via: http://www.who.int/topics/dengue/en/ Geraadpleegd op 23-06-2015
Wu-Hsieh, B.A., Yen, Y.T., Chen, H.C., Dengue hemorrhage in a mouse model. Annals of the New York Academy of Sciences;
1171 Suppl.1: e42-47
