Samenvatting
Schistosomen zijn parasitaire wormen die leven in bloedvaten van zoogdieren. Wereldwijd zijn meer dan 200 miljoen mensen geïnfecteerd met een van de 5 schistosomensoorten die infectieus zijn voor de mens. Bovendien zijn er nog vele soorten die dieren (waaronder vee) infecteren. Naast medische problemen leiden infecties bij mens en dier ook tot sociale en economische schade.
Dit proefschrift gaat over Schistosoma mansoni. Besmetting van de mens vindt plaats bij zoetwatercontact. Schistosoma larven (cercariae) die in het water zwemmen dringen de huid binnen. Via de bloedbaan vinden de parasieten hun weg naar de lever, waar de inmiddels volwassen geworden wormen paren en van waaruit zij naar de bloedvaten rond de darm migreren. In de bloedvaten leven mannelijke en vrouwelijke wormen gepaard samen. Zij kunnen daar meerdere jaren en soms decennia lang overleven. Intussen legt het vrouwtje zo'n 300 eieren per dag. Een deel van de eieren passeert de bloedvatwand en de darmwand en wordt met de ontlasting uitgescheiden. De overige eieren worden door de bloedstroom meegevoerd en komen uiteindelijk in de lever vast te zitten. Wanneer uitgescheiden eieren in het water belanden en uitkomen, kunnen de larven (miracidia) de tussengastheer, een zoetwaterslak, infecteren. In de slakken vermenigvuldigen de larven zich en ontwikkelen ze zich tot voor de mens infectieuze cercariae. De zoetwaterslakken die gevoelig zijn voor Schistosoma infecties komen alleen voor in tropische wateren. Vandaar dat schistosomiasis, de naam van de ziekte veroorzaakt door Schistosoma wormen, een tropische ziekte is.
Schistosoma eieren zijn erg immunogeen, hetgeen betekent dat ze een sterke afweerreactie uitlokken. Deze afweerreactie kan ernstige schade aan de omliggende weefsels veroorzaken. De eischalen, de buitenkant van de eieren, zijn continu in interactie met de componenten van het afweersysteem in de bloedstroom en in de weefsels. Daarom is het van belang de samenstelling van deze eischaal goed in kaart te brengen. De eischaal bestaat uit gecrosslinkte eiwitten. Deze vormen een ijzersterke constructie die door geen enkele protease kan worden afgebroken. De crosslinking die hiervoor zorgt heet "quinone tanning" en vindt plaats bij tyrosine-residuen in eiwitten. Onder de eischaal bevinden zich nog enkele cellulaire en non-cellulaire lagen. Midden in het ei zit het miracidium.
In hoofdstuk 2 staan de resultaten beschreven van de eiwit-analyse van de eischalen. Er moest een zuiver product verkregen worden alvorens de eischalen geanalyseerd konden worden. De eischalen zijn in 4 stappen van oplopende agressiviteit behandeld om ze vrij te maken van aanhangende eiwitten afkomstig van andere ei-componenten of van de gastheer.Het resulterende materiaal bestond uitsluitend uit gecrosslinkte eiwitten en kreeg de naam gezuiverde eischaalfragmenten.
Na elke zuiveringsstap zijn eischalen geanalyseerd met de massaspectrometer (MS). Het aantal geïdentificeerde eiwitten loopt af van 118 eiwitten direct na ei-isolatie uit levers tot 45 eiwitten in de gezuiverde eischaalfragmenten. De lijst van 45 eiwitten bestaat grotendeels uit niet-structurele eiwitten, waaronder een aantal bekende Schistosoma antigenen.
In de jaren '80 en '90 zijn vrouwspecifieke eiwitten geïdentificeerd. Zij kregen de naam "putative eggshell proteins" p14 en p48. Deze eiwitten zijn echter niet teruggevonden bij de MS-analyse van de gezuiverde eischaalfragmenten. Ze bevatten veel tyrosines en zijn daardoor waarschijnlijk sterk gecrosslinkt en als gevolg daarvan onherkenbaar veranderd. Opvallend is het hoge percentage glycine in p14: 44%. Aminozuur-analyse van de gezuiverde eischaalfragmenten toonde aan dat deze voor 36% uit glycine bestaan. Dit is een sterke aanwijzing dat p14 inderdaad in de eischalen zit en daarmee ook de grootste component van de eischaal vormt. Door middel van antilichamen tegen p14 is dit eiwit daadwerkelijk aangetoond in de gezuiverde eischaalfragmenten.
Al met al tonen deze resultaten aan dat eischalen weliswaar grotendeels bestaan uit eischaal-specifieke eiwitten, maar ook allerlei andere eiwitten bevatten. Waarschijnlijk waren die andere eiwitten min of meer toevallig ter plekke aanwezig ten tijde van eischaalformatie.
Hoofdstuk 3 beschrijft de structuur van de eischalen. Wanneer een ei door een vrouwtje wordt uitgescheiden, bestaat dit slechts uit een eischaal, een embryo en een klompje vitellinecellen. Gedurende tenminste een week ontwikkelen zich het miracidium en de cellulaire en acellulaire lagen die het miracidium omringen. Een deel van de eiwitten die in hoofdstuk 2 zijn geïndentificeerd als onderdeel van de eischaal zijn bekende Schistosoma antigenen. In dit hoofdstuk wordt aangetoond dat eischalen zelf immunogeen zijn en zowel in vitro als in vivo door antilichamen herkend worden. De aanwezigheid van niet-afbreekbare antigen-antilichaam complexen leidt tot chronische ontstekingen en zorgt voor het ontstaan van granulomen.
Verder is bekend dat het afweersysteem bijdraagt aan de uitscheiding van eieren in de ontlasting. Het is waarschijnlijk dat naast de door het ei uitgescheiden eiwitten, de eischaal zelf hierin een rol speelt door antilichamen te binden en T-cellen te activeren.
Het is bekend dat naast antilichamen en afweercellen ook bloedplaatjes aan eischalen binden. In hoofdstuk 4 wordt aangetoond dat von Willebrand factor (VWF), een belangrijke factor voor stolling en een activator van bloedplaatjes, rechtstreeks bindt aan eischalen. Ook fibronectine en fibrinogeen, andere factoren die betrokken zijn bij de stolling, blijken aan eischalen te binden. Stolling is een proces dat snel wordt bewerkstelligd. De stollingsfactoren die aan eischalen binden kunnen een brug vormen tussen de eischaal en de bloedvatwand. Zonder een dergelijke, snel aangelegde, verbinding zou het ei nadat het door het vrouwtje gelegd is snel door het bloedvat stromen en geen gelegenheid hebben door de wand van het bloedvat te dringen en zo de bloedsomloop te verlaten.
Wanneer eieren op een afwijkende plaats in het lichaam terecht komen, spreken we van ectopische schistosomiasis. Dit kan tot klachten leiden door de afweerreactie die rond de eieren ontstaat waardoor omliggende structuren samengedrukt of beschadigd worden. Een van de ernstigste vormen van ectopische schistosomiasis is neuroschistosomiasis, waar de aanwezigheid van eieren in het centrale zenuwstelsel binnen enkele weken kan leiden tot ernstige, soms onomkeerbare neurologische schade. Snelle diagnostiek is daarom van groot belang. Naast neuroschistosomiasis zijn er nog tal van mogelijke (infectieuze) oorzaken van neurologische uitval. Omdat de behandeling van neuroschistosomiasis onder andere bestaat uit een hoge dosis corticosteroïden, die een afweeronderdrukkende werking hebben, is het belangrijk neuroschistosomiasis met zekerheid aan te tonen of eventuele andere infectieuze oorzaken van de neuologische uitval uit te sluiten. De gouden standaard voor diagnose van neuroschistosomiasis is het aantonen van eieren in het centrale zenuwstelsel. Dit is een risicovolle procedure en wordt daarom zelden toegepast.
Bij schade aan de bloed-hersenbarriëre zullen eiwitten vanuit het bloed in de liquor (het hersenvocht) lekken. De liquor zal dan meer eiwitten bevatten dan gewoonlijk. Als de neurologische aandoening veroorzaakt wordt door een infectieuze verwekker in het centrale zenuwstelsel, dan zullen bovendien binnen in het centrale zenuwstelsel (intrathecaal) antilichamen worden aangemaakt tegen de betreffende verwekker. Wanneer alle plasma-eiwitten in ongeveer dezelfde verhoudingen aanwezig zijn in de liquor als in het plasma, is intrathecale antilichaamproductie niet waarschijnlijk. Maar als in de liquor antilichamen sterker vertegenwoordigd zijn dan andere plasma-eiwitten wijst dit op een infectieuze oorzaak van de neurologische aandoening. Bij neuroschistosomiasis zijn de eieren de veroorzakers van de schade en niet de wormen. In dat geval is het te verwachten dat er relatief meer anti-ei-antilichamen dan anti-worm-antilichamen in de liquor. Een index waarbij deze ei-worm antilichamenratio genormaliseerd werd met de verhouding anti-ei/anti-worm antilichamen in het serum, leverde sterke aanwijzingen voor intrathecale antilichaamproductie tegen Schistosoma eieren in patiënten met neuroschistosomiasis. Dit staat beschreven in hoofdstuk 5 van dit proefschrift.
Niet alleen de eieren bevinden zich in constante interactie met de gastheer. De volwassen wormen die in de bloedvaten leven worden ook continu blootgesteld aan het afweersysteem. Toch weten de wormen een ernstige afweerreactie te onderdrukken of te vermijden. De buitenkant van de wormen, het tegument, bestaat uit een laagje gefuseerde cellen bedekt door een dubbele bilaag van fosfolipiden. In hoofdstuk 6 wordt een analyse gegeven van de fosfolipidensamenstelling van geïsoleerd tegument. Deze wordt vergeleken met de fosfolipidensamenstelling van de gehele wormen en die van de membranen van bloedcellen van de gastheer. De fosfolipidensamenstelling van schistosomen blijkt sterk af te wijken van die van membranen van de gastheercellen. Daarbij valt op dat het tegument extra verrijkt is aan bepaalde parasiet-specifieke fosfolipiden ten opzichte van de gehele worm. Hieronder vallen fosfolipiden met langere vetzuurstaarten en met meer dubbele bindingen. Daarnaast zijn ook de lysofosfolipiden sterk verrijkt in het tegument. Dit geldt met name voor lysofosfatidylserine (lysoPS) en lysofosfatidylethanolamine (lysoPE) met een vetzuurstaart van eicosaanzuur (20:1). Deze lysofosfolipiden werden niet meetbaar uitgescheiden in in vitro incubaties en zijn ook niet gevonden in bloed plasma van Schistosoma-geïnfecteerde hamsters.
Zowel Schistosoma eieren als Schistosoma wormen zijn continu in interactie met de gastheer. De eischaal en het tegument zijn hele specifieke structuren wat betreft bouw en samenstelling. Verdere analyse van deze structuren kan waardevolle informatie verschaffen over de biologie van schistosomen. Bovendien zijn deze structuren, vanwege hun bijzondere samenstellingen, voor de hand liggende aangrijpingspunten voor de ontwikkeling van vaccins of nieuwe anti-Schistosoma therapieën.