Fibrinolyse en proteolyse in bacteriële invasie en weefseldestructie.

In dit doctoraatsproject bestuurden we de rol van het hemostatisch systeem van de gastheer en van de manipulatie van dit hemostatisch systeem door S. aureus, in het verloop van S. aureus infecties.

Het is al lange tijd geweten dat de meeste S. aureus stammen staphylokinase produceren. We tonen in dit proefschrift aan dat staphylokinase-gemedieerde fibrinolytische en proteolytische activiteit de lokale invasive van S. aureus in huid en weke delen toelaat, via de afbraak van fibrine en extracellulaire matrix. De fibrine-specificiteit van staphylokinase beperkt zijn werking tot de omgeving van de fibrine-rijke S. aureus abcescollectie, gezien zowel fibrine als het bacteriële oppervlak staphylokinase kunnen beschermen tegen inhibitie door alpha-2-antiplasmine. In latere stadia van huidinfecties limiteert de gastheerfactor alpha-2-antiplasmine (een protease-inhibitor) inderdaad de bacteriële verspreiding. (Hoofdstuk 1, Onderzoeksvraag 1)

            Fibrine is een centrale component van S. aureus biofilms bij vreemd lichaam infecties, zoals katheterinfecties. We tonen aan dat staphylokinaseproductie gedownreguleerd wordt binnenin biofilms, maar dat quorum sensing-afhankelijke upregulatie van staphylokinase de S. aureus bacterie toelaat om te ontsnappen uit zijn fibrine-rijke biofilm. We bevestigen in een in vivo model voor katheterinfecties dat de werking van staphylokinase zorgt voor de afname van biofilms op lichaamsvreemd materiaal. Samenvattend, terwijl staphylocoagulase activiteit en fibrine cruciaal zijn voor de initiële aanhechting en het tot stand komen van een S. aureus biofilm, heeft staphylokinase een rol in de latere stadia van biofilmdesintegratie. (Hoofdstuk 2, Onderzoeksvraag 2)

De manipulatie van het fibrinolytisch systeem door bacteriën blijkt een wijdverspreid fenomeen te zijn: we geven hiervan een overzicht in Hoofdstuk 3.  Plasminogeenactivatie geeft pathogenen de mogelijkheid om fibrine af te breken, gastheerweefsels binnen te dringen en aanvallen van het immuunsysteem te ontwijken.  Tot dusver hebben deze observaties echter tot weinig nieuwe behandelstrategieën geleid. Een eerste potentiële strategie is het gebruik van anti-proteasen om de ongereguleerde proteolytische activiteit, zoals bijvoorbeeld optreedt bij necrotiserende fasciitis, in te dijken. In dit proefschrift wordt een andere optie bestudeerd: fibrinolytische coatings gebruiken om S. aureus vreemd lichaam infecties te voorkomen.

Naast de manipulatie van het fibrinolytisch systeem is S. aureus ook gekenmerkt door een interatie met het stollingssysteem. De bijdrage van de coagulase-activiteit van S. aureus aan zijn virulentie in verschillende infectiemodellen, alsook de veelbelovende effecten van coagulase-inhibitie worden besproken in Hoofdstuk 4.  De consistente data uit deze preklinische studies inspireren verder translationeel onderzoek van coagulase-inhibitie in een klinische studie.

We voerden de eerste klinische studie uit van coagulase-inhibite in 94 patiënten met een S. aureus bacteriëmie, die geïncludeerd werden over een periode van 3 jaar.  Onze resultaten tonen dat de haalbaarheid van coagulase-inhibitie met de beschikbare directe trombine-inhibitoren beperkt wordt door het anticoagulerend effect van deze medicatie. Anderzijds levert de observatie van het sneller opklaren van de stollingsontregeling geassocieerd met de S. aureus infectie in de patiënten behandeld met coagulase-inhibitie, een stimulans voor verdere studies met specifieke inhibitoren van de bacteriële coagulase-activiteit, die niet interfereren met het trombine van de gastheer. (Hoofdstuk 5, Onderzoeksvraag 3)

In een laatste reeks van experimenten tonen we aan dat de ratio van ADAMTS-13 en von Willebrand factor (VWF) het verloop van S. aureus sepsis moduleert.  Zowel hoge VWF waarden als een (absoluut of relatief) tekort aan ADAMTS-13 bevorderen microvasculaire trombose in eindorganen en mortaliteit bij S. aureus infecties.  De vraag rijst of proteolyse van ultralang VWF – hetgeen de vaatwand “ultra-adhesief” maakt voor bloedplaatjes en neutrofielen – de uitkomst van S. aureus bacteriëmie zou kunnen verbeteren. (Hoofdstuk 6, Onderzoeksvraag 4)

Ter conclusie: tijdens dit doctoraatsproject werd een breder inzicht verworven in het belang van het hemostatisch systeem bij S. aureus infecties. Onze gegevens suggereren mogelijke toekomstige therapieën om de aanpak van deze frequente en moeilijk behandelbare infecties te verbeteren. Sommige observaties kunnen relevant zijn, en verdienen dan ook verdere studie, buiten het veld van S. aureus infectie. Bijvoorbeeld, het voorkomen van fibrineneerzetting op intravasculaire devices kan ook biofilmvorming van andere microorganismen verminderen.  Daarenboven vormen stollingsontregeling, en meer specifiek von Willebrand factor en de geïnflammeerde vaatwand, interessante doelwitten voor verdere sepsis-studies.