мРНК внеклеточных везикул плазмы крови помогает отслеживать развитие церебральной малярии у детей

Участники программы совместных исследований KEMRI-Wellcome Trust (Кения) и программе по патогенам и микробам из Института Уэллкома Сэнгера (Великобритания) предложили использовать для выявления пациентов с церебральной малярией анализ мРНК из внеклеточных везикул (ВВ) плазмы крови. Их статья опубликована в Science Advances.

Церебральная малярия — одно из самых частых и опасных осложнений тропической малярии: поражение мозга (энцефалопатия) простейшими паразитами Plasmodium falciparum. Инфекция происходит при укусе самкой комара рода Anopheles. Пораженные плазмодиями эритроциты скапливаются в микрососудистой системе головного мозга, что вызывает тяжелые неврологические нарушения.

Проблема исследований церебральной малярии заключается в том, что до настоящего времени изучать можно было только образцы тканей мозга, полученные посмертно. В ряде случаев удается диагностировать церебральную малярию при помощи офтальмологических методов. У детей при этом заболевании иногда развивается поражение сетчатки, аналогичное тому, которое происходит в тканях мозга. Патология получила название малярийной ретинопатии; она специфична (75–87 %) и высокочувствительна (87–100 %) для детской церебральной малярии, вызванной P. falciparum. Поэтому случаи заболевания положительной по ретинопатии церебральной малярией (CM-R⁺) считаются «истинными» случаями заражения плазмодиями мозга, в то время как отрицательную по ретинопатии церебральную малярию (CM-R^-) рассматривают как заболевание другой природы, случайно совпавшее с заражением плазмодием. Для взрослых связи между церебральной малярией и ретинопатией не обнаружено.

Авторы нового исследования проверили, возможен ли неинвазивный метод диагностики церебральной малярии на основе анализа внеклеточных везикул. ВВ продуцируются практически всеми типами клеток и содержат РНК, липиды и белки, окруженные фосфолипидной мембраной. Они могут пересекать гематоэнцефалический барьер, то есть по содержимому ВВ плазмы крови можно судить о состоянии недоступных для анализа тканей мозга. (Подробнее о том, как ВВ используются в современной диагностике, на PCR.NEWS.)

Исследователи собрали образцы крови 76 детей, проходивших лечение от церебральной малярии в одной из больниц Кении, в том числе 30 детей с ретинопатией (поражение сетчатки) и 46 без данного осложнения. Для контроля взяли образцы крови 8 взрослых здоровых людей, не болевших малярией. Из ВВ плазмы крови выделили и секвенировали РНК.

Оказалось, что 67,8% РНК внеклеточных везикул соответствуют генам, активно экспрессируемым в клетках крови, а 32,2 % — в клетках других органов и тканей, включая мозг (37,7 %), периферическую нервную систему (14,4 %) и тонкий кишечник (7,7 %). У детей с малярией доля РНК мозга было больше, чем у здоровых людей.

Во фракции РНК мозга преобладали транскрипты из эндотелиальных клеток мозга (32 %), микроглии (27,6 %) и нейронов (26,2 %); на гены, экспрессируемые в других клетках мозга, приходилось менее 10 %. Анализ дифференциальной экспрессии генов обнаружил 1440 генов, для которых была характерна повышенная или пониженная экспрессия при церебральной малярии с ретинопатией (521 ген; связаны с гранулоцитами, клетками эндотелия и фоторецепторами сетчатки) или без нее (921 ген; связаны с лимфоцитами, холинергическими нейронами, пресинаптическими окончаниями и клетками-предшественниками олигодендроцитов).

Построение модели прогрессирования заболевания на имеющихся молекулярных данных (молекулярной траектории) показало, что церебральная малярия без ретинопатии (CM-R^-) может быть вариантом ранней стадии заболевания и прогрессировать в церебральную малярию с ретинопатией (CM-R⁺). При этом 70 % транскриптов, обнаруженных в ВВ, менялись в зависимости от траектории заболевания. По мере прогрессирования церебральной малярии уменьшалось количество РНК из нейрональных клеток, увеличивалось количество транскриптов из микроглии, эндотелиальных клеток мозга и иммунных клеток.

Результаты оценки молекулярных особенностей РНК-ВВ подтверждают, что CM-R^- — это именно пациенты с церебральной малярией на разных стадиях развития заболевания, а не инфицированные P. falciparum на фоне других основных патологий, как считалось ранее. Полученные данные, по мнению исследователей, также говорят о том, что глиоз (процесс замещения нейронов головного мозга нейроглиальными клетками) при церебральной малярии — ранняя реакция тканей на повреждение сосудов. Уменьшение же количества нейрональных транскриптов в циркулирующих ВВ по мере прогрессирования болезни может указывать на снижение функции нейронов, но не их окончательную гибель, за исключением крайне тяжелых случаев.

Ученые приходят к выводу, что анализ содержимого ВВ может быть полезен для диагностики и изучения многих патологических процессов — сосудистых, нейронных, а также связанных с возрастными расстройствами. В частности, с помощью анализа ВВ можно изучать церебральную малярию, выявлять биомаркеры заболевания, отслеживать течение болезни и разрабатывать методы лечения. Однако ученые подчеркивают, что сделанные ими выводы по поводу развития церебральной малярии у детей не могут быть экстраполированы на взрослых пациентов.

Антитело против малярии защитило детей с 77%-ной эффективностью