Ebola-virus on Filoviridae-heimoon kuuluva kuorellinen negatiivisen säikeen omaava RNA-virus, joka on virusryhmä, joka kykenee aiheuttamaan vakavan verenvuotokuumeen oireyhtymän ihmisillä ja kädellisillä. Virus tunnistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1976 Ebola-viruksen puhjetessa Ebola-joen laaksossa Zairessa (nykyisessä Kongon demokraattisessa tasavallassa), Afrikassa. Toinen taudinpurkaus, jonka aiheutti erillinen mutta sukua oleva virus, tapahtui Sudanissa myöhemmin samana vuonna1,2. Sen jälkeen, kun virus löydettiin Keski-Afrikassa, useita taudinpurkauksia on toistunut viimeisten 30 vuoden aikana, mukaan lukien nykyinen vahvistettu taudinpurkaus (11. syyskuuta 2007) Kongon demokraattisessa tasavallassa (http://www.who.int/csr/don/2007_09_11/en/index.html). Vaikka viruksen varastoa luonnossa ja väli-isäntien valikoimaa ei täysin tunneta, viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu, että hedelmälepakot voivat tukea Ebola-viruksen lisääntymistä, mikä viittaa siihen, että nämä eläimet voivat olla mukana viruksen elinkaaressa3. Ebolaviruksen luonnollinen isäntä ilman aktiivisia taudinpurkauksia sekä tärkeä kysymys siitä, miten se tarttuu eri lajien välillä, ovat kuitenkin jatkuva tutkimuskohde.
Inhimilliset tartunnat tapahtuvat yleensä kuolleiden tai tartunnan saaneiden ihmisten tai luonnonvaraisten eläinten suorassa kosketuksessa viruksen kanssa, minkä jälkeen virus tarttuu ihmisestä toiseen. Filovirukset kulkeutuvat elimistöön limakalvopintojen tai ihon hiertymien kautta tai saastuneiden neulojen käytön kautta4 (kuva 1a). Ebolaviruksen aiheuttama tauti puhkeaa äkillisesti, ja sen itämisaika on 4-10 päivää. Potilailla on aluksi epäspesifisiä flunssan kaltaisia oireita, kuten kuumetta, vilunväristyksiä, huonovointisuutta, lihassärkyä ja päänsärkyä. Vatsakipu, pahoinvointi ja oksentelu voivat seurata, ja lisäksi voi esiintyä yskää, kurkkukipua tai ripulia. Ihottuma ilmaantuu usein noin viidentenä päivänä, ja se on filovirusinfektiolle tyypillinen piirre. Systeemiset, ruoansulatuskanavan, hengitysteiden, verisuonten ja neurologiset ilmenemismuodot ovat seurausta laajasta viruksen replikaatiosta, ja monissa elimissä, kuten maksassa, pernassa, munuaisissa ja sukurauhasissa, esiintyy nekroosia5. Taudin loppuvaiheelle on ominaista hyytymishäiriöt, kuten disseminoitunut intravaskulaarinen koagulaatio, nesteen jakautumisongelmat, hypotensio ja verenvuodot, jotka johtuvat maksatulehduksesta ja -vaurioista, kudosten hajoamisesta ja endoteelin esteen toiminnan hajoamisesta, mikä johtaa lisääntyneeseen verisuonten läpäisevyyteen. Kuolemaan johtavissa tapauksissa kuolema tapahtuu tyypillisesti 7-16 vuorokauden kuluttua infektiosta, mikä johtuu useiden elinten vajaatoiminnasta ja vakavaa septistä sokkia muistuttavasta oireyhtymästä6. Tällä hetkellä ei ole olemassa viruslääkkeitä infektion hoitoon, ja virulentimpien Zaire- ja Sudan-viruslajien kuolleisuusasteet vaihtelevat 40-90 %:n välillä7.
(a) Ebola-virus (keltainen) tarttuu tartunnan saaneeseen henkilöön tartunnan saaneesta potilasta peräisin olevan ruumiinnesteen tai eritteiden kanssa kosketuksiin joutuneena, ja se levittäytyy verenkierron kautta. Tartunta voi tapahtua ihon hiertymien kautta potilaan hoidon aikana, hautausrituaaleissa ja mahdollisesti kosketuksesta tartunnan saaneeseen bushmeat-lihaan tai limakalvopintojen kautta. Tahaton neulanpisto on ensisijainen työperäinen altistumisreitti. (b) Varhaisia replikaatiokohteita ovat retikuloendoteelisolut, ja replikaatio on voimakasta useissa solutyypeissä keuhkoissa, maksassa ja pernassa. (c) Dendriittisolut, makrofagit ja endoteeli näyttävät olevan alttiita Ebola-viruksen geenituotteiden sytopaattisille vaikutuksille in vitro ja mahdollisesti in vivo häiritsemällä solujen signaalireittejä, joihin vaikuttaa viruksen sitoutuminen, fagosyyttinen otto tai molemmat. Epäsuoraa vahinkoa voivat aiheuttaa myös verenkierrossa olevat tekijät, kuten tuumorinekroositekijä ja typpioksidi.
Isännän immuunivaste kuolemaan johtavaan Ebola-infektioon
Ebola-viruksen hallitsematon virusreplikaatio on keskeistä sen patogeneesin kannalta sekä sytopaattisten vaikutustensa vuoksi että siksi, että se indusoi isännän immuunivasteeseen huomattavan häiriön sääntelyn. Viruksen aiheuttama immuunijärjestelmän heikentyminen tapahtuu useiden eri mekanismien kautta. Kädellisillä ja marsuilla tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että monosyytit, makrofagit ja dendriittiset solut ovat viruksen varhaisia ja ensisijaisia lisääntymispaikkoja8,9, vaikka on edelleen mahdollista, että virus on näissä soluissa pikemminkin sitoutumalla lektiinireseptoreihin kuin lisääntymällä aktiivisesti in vivo. On ehdotettu, että nämä solut toimivat välineinä viruksen kuljettamiseksi imusuonten läpi10. Virus lisääntyy edelleen, minkä jälkeen se leviää systeemisesti muihin elimiin ja kudoksiin (kuva 1b). Vaikka virusta havaitaan retikuloendoteelisysteemissä, infektion aikana imusuonissa tai infektoituneissa kudoksissa nähdään vain vähän tulehdusta.
Monosyyttien ja makrofagien infektio johtaa proinflammatoristen sytokiinien ja kemokiinien vapautumiseen, mukaan luettuina tuumorinekroositekijä, interleukiini-1β, makrofagien tulehdusproteiini-1α sekä reaktiiviset happi- ja typpilajit11,12. Näiden välittäjäaineiden ilmentyminen houkuttelee todennäköisesti lisää monosyyttejä ja makrofageja infektiokohtiin ja saattaa myös houkutella neutrofiilejä. Vaikka viimeaikaiset tiedot viittaavat siihen, että ne eivät infektoidu tuottavasti, filoviruksella in vitro käsitellyissä ihmisen neutrofiileissä ilmenee myelooisissa soluissa ilmaistun triggering receptor expressed on myeloid cells-1 -reseptorin (TREM-1)13 nopeaa aktivoitumista; tämän seurauksena vapautuu lisää tulehduksellisia sytokiineja ja kemokiineja, jotka osaltaan vaikuttavat verisuonten laajenemiseen ja lisääntyneeseen verisuonten läpäisevyyteen. Lisäksi infektoituneet monosyytit ja makrofagit ilmentävät solupinnan kudostekijää, joka voi olla osallisena hyytymishäiriöiden kehittymisessä14. Tuottavan infektion jälkeen makrofagit lysoituvat ja apoptoituvat suuressa määrin15; näin ollen aktivoituneet monosyytit ja makrofagit eivät näytä estävän viruksen leviämistä. Pikemminkin ne voivat edistää leviämistä tukemalla viruksen replikaatiota tai kuljettamalla solupinnan lektiinejä sitoviin proteiineihin sitoutunutta virusta imusuonistossa. Neutrofiilien tavoin monosyytit ja makrofagit voivat myös erittää liukoisia tekijöitä, jotka pahentavat taudin patogeenisiä ilmenemismuotoja13.
Monosyyttien ja makrofagien tavoin myös epäkypsät dendriittiset solut (DC) ovat Ebola-viruksen ”maalitauluja” joko tarttumalla virushiukkasiin vuorovaikutuksessa DC:n ilmentämän C-tyypin lektiinin DC-SIGN:n kanssa tai infektoitumalla vuorovaikutuksessa DC:n toisten solun pintareseptoreiden kanssa (kuvio 1c). Dendriittisolut kuuluvat immuunijärjestelmän tehokkaimpiin antigeenejä esitteleviin soluihin, ja ne erittävät kriittisiä interleukiineja ja sytokiineja, jotka muodostavat kriittisen linkin synnynnäisten ja adaptiivisten immuunivasteiden välille moniin patogeeneihin; Ebola-viruksen infektoimat dendriittisolut heikentävät vakavasti näitä kriittisiä toimintoja. Elävällä viruksella in vitro infektoidut ihmisen myelooiset DC:t eivät esimerkiksi eritä normaalia proinflammatoristen sytokiinien ja costimulatoristen molekyylien profiilia. Näistä soluista ei tule kypsiä tai aktivoituneita, eivätkä ne kykene säätelemään päähistokompatibiliteettikompleksin (MHC) molekyylejä ja siten stimuloimaan T-soluja16,17. Sitä vastoin käsittely ei-infektiivisillä Ebola-viruksen kaltaisilla hiukkasilla (VLP) aktivoi DC-soluja ja stimuloi voimakasta tulehdusreaktiota18 , ja tämä vaikutus on riippuvainen kuoriglykoproteiinin musiinin kaltaisesta domeenista19. DC:n toiminnan estyminen elävällä tai inaktivoidulla viruksella, mutta ei VLP:illä, osoittaa, että DC:n toiminnan ja kypsymisen estyminen johtuu todennäköisesti viruksen proteiineista tai genomimateriaalista, joita ei ole VLP:ssä. Tarvitaan lisätutkimuksia, jotta voidaan selvittää Ebola-virusinfektion haitalliset vaikutukset muihin DC:n osapopulaatioihin, erityisesti plasmasytoidisiin DC:iin, jotka ovat tärkeitä virusinterferonivasteissa. Toimimattomien DC:iden seurauksia ovat muun muassa heikentynyt kyky stimuloida humoraalisia tai soluvälitteisiä immuunivasteita, mikä voi osaltaan vaikuttaa siihen, ettei viruksen replikaatiota pystytä hallitsemaan.
Sisäsyntyisen immuunijärjestelmän toimintaa estävän vaikutuksen tärkein tekijä on Ebola-viruksen vastustuskyky interferonin antiviraalisia vaikutuksia vastaan, mikä johtuu todennäköisesti siitä, että virus itse keskeyttää kriittiset interferonivasteen reitit20,21,22. Ebola-virusinfektio estää interferonin tuotannon makrofageissa, perifeerisen verenkierron mononukleaarisoluissa ja DC-soluissa in vitro ja in vivo16,23. Lisäksi tyypin I interferonivasteen kannalta tärkeiden interferonin stimuloimien geenien ilmentyminen vähenee Ebola-viruksen infektoimissa soluissa20,22,24. Interferonivasteen on myös osoitettu olevan erittäin tärkeä taudin lopputuloksen kannalta hiirillä. Immuunikompetentit hiiret ovat vastustuskykyisiä Ebola-virusinfektiolle, mutta hiiret, joilta puuttuu interferoni-α/β-reseptori tai proteiinisignaalin muuntaja ja aktivaattori-1 (STAT1) tai joita hoidetaan interferonivasta-aineella, altistuvat taudille25 , mikä korostaa interferonin kriittistä roolia infektoitumattomien solujen suojaamisessa. Ebolaviruksen välittämää resistenssiä interferonivasteelle on tunnistettu useilla mekanismeilla. Joidenkin muiden virusten tavoin Ebola-virus koodaa erityisiä virusproteiineja, jotka estävät interferonivasteen. Kahden viruksen koodaaman proteiinin, VP24:n ja VP35:n, on osoitettu häiritsevän interferonivasteen induktiota26,27,28. VP24 keskeyttää STAT1:n ydinkertymisen, mikä johtaa tyypin I interferonisignaalin estymiseen ja tekee tartunnan saaneista soluista tunnottomia tälle antiviraaliselle vasteelle27. Ebolan VP35 estää interferonin säätelytekijä 3:n (IRF-3) aktiivisuuden, mikä vähentää interferonivasteet26,28. Viime aikoina on osoitettu, että VP35 kumoaa kaksisäikeisestä RNA:sta riippuvaisen proteiinikinaasin (PKR)29 aktiivisuutta. Yhdessä nämä tutkimukset viittaavat siihen, että viruksen aiheuttama interferonireitin esto ei ainoastaan vähennä interferonien stimuloimaa geenien transkriptiota estääkseen viruksen vastaisen vasteen tilan, vaan myös osaltaan pienentää kypsien ja aktivoituneiden myelooisten DC:iden lukumäärää, mikä puolestaan estää adaptiivisen immuunivasteen aktivoitumisen.
Yllättävää kyllä, Ebola-virusinfektioon sairastuneilla potilailla on vain vähän merkkejä aktivoituneesta adaptiivisesta immuunivasteesta. Adaptiivinen immuniteetti on vakavasti heikentynyt paitsi toimivien DC-solujen ja muiden tärkeiden antigeenejä esittelevien solujen puutteen vuoksi myös siksi, että infektoituneilla ihmisillä ja kädellisillä kädellisillä esiintyy massiivista apoptoosia lymfosyyteissä15,30,31. Vaikka lymfosyytit eivät ole viruksen kohteita, huomattava osa lymfosyyteistä – B-soluja lukuun ottamatta – apoptoituu taudin aikana32; tämän seurauksena CD4+- ja CD8+-T-solujen määrä vähenee huomattavasti kuolemaan johtaneissa infektioissa ihmisillä ja kädellisillä ennen kuolemaa30,31,33. Lymfosyyttien apoptoosi on myös yleinen ilmentymä muissa virusperäisissä verenvuotokuumeissa, ja sitä havaitaan usein septisen sokin aikana34.
Lymfosyyteillä in vitro tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että näissä solupopulaatioissa on useita apoptoosin laukaisemiseen osallistuvia molekyylejä, kuten TRAIL ja Fas-FasL15. Tämän ”sivullisen” apoptoosin mekanismeja tutkitaan kuitenkin edelleen. Saattaa olla, että tulehduksen välittäjäaineet ja muut tekijät, kuten infektoituneiden makrofagien erittämä proapoptoottinen liukoinen tekijä typpioksidi (NO), kykenevät aiheuttamaan havaitun lymfosyyttien apoptoosin. Vaihtoehtoisesti heikentynyt DC-toiminta ja yleinen immunosuppressiivinen tila voivat vaikuttaa ilmiöön31. Toinen mahdollisuus on, että solukuolema käynnistyy aktiivisesti lymfosyyttien ja Ebola-viruksen tai liukoisten geenituotteiden välisestä suorasta vuorovaikutuksesta. Synnynnäisen immuunijärjestelmän soluihin ja/tai nopeaan adaptiiviseen vasta-ainevasteeseen osallistuvien varhaisten vasteiden merkitys korostuu äskettäisessä tutkimuksessa, joka osoitti kädellisten suojautuvan altistumisen jälkeisellä rokotteen antamisella35.
Vaikka filovirukset kuuluvat tunnetuimpiin virulentteimpiin ja kuolemaan johtavimpiin taudinaiheuttajiin, jotkut Ebola-viruksen tartunnan saaneet potilaat toipuvat infektiosta. Kuolemaan johtaneiden ja ei-kuolemaan johtaneiden tapausten immuunivasteen erojen tunnistaminen on tärkeää tehokkaiden hoitojen ja rokotteiden kehittämiseksi tulevaisuudessa. Kliinisessä taudinkuvassa ja immuunivasteissa on havaittu erityisiä eroja niiden potilaiden kohdalla, jotka menehtyvät, ja niiden, jotka toipuvat ebolavirusinfektiosta (taulukko 1). Vertailusta käy selvästi ilmi, että antigeenispesifisen soluvälitteisen immuunivasteen kehittyminen korreloi viruksen häviämisen kanssa. Tutkimukset, joissa on osoitettu antigeenispesifisiä soluvälitteisiä immuunivasteita rokotetuilla kädellisillä, jotka ovat selvinneet tarttuvasta Ebola-virushaasteesta36,37,38, tukevat tätä havaintoa. Lisäksi todettiin, että humoraalisen ja CD8+ T-soluvasteen induktio on välttämätön suojan saamiseksi hiirillä, jotka olivat saaneet tappavan Ebola-virusinfektion39. Immunoglobuliinien suojaava rooli on kuitenkin edelleen epävarma, sillä tuore raportti osoittaa, että neutraloivan ihmisen monoklonaalisen vasta-aineen KZ52 passiivinen siirto ei pysty hallitsemaan infektiota makakkimallissa40. Näiden näkökohtien perusteella on yhä ilmeisempää, että varhainen ja voimakas, mutta ohimenevä synnynnäinen immuunivaste ja sitä seuraava adaptiivisen immuunivasteen aktivoituminen ovat välttämättömiä, jotta voidaan suojautua kuolemaan johtavalta infektiolta. Jos tällaista isännän immuunivastetta ei synny, virus kiertää immuunikontrollin, ja infektio etenee loppuvaiheen taudiksi.
Infektion patogeneesi
Ebola-virusinfektioon kuolevilla potilailla havaittavia patologisia muutoksia ovat muun muassa hyytymishäiriöt, verisuonten läpäisevyys, verenvuodot sekä elinten nekroosi ja vajaatoiminta. Nykyisen hypoteesin mukaan Ebola-viruksen patogeneesin perusmekanismi on verisuonivaurio ja -vaurio, joka on seurausta hyytymishäiriöistä ja lisääntyneestä verisuonten läpäisevyydestä infektoituneiden ja aktivoituneiden monosyyttien ja makrofagien vapauttamien tulehduksellisten sytokiinien ja kemokiinien sekä infektion myöhäisvaiheessa tapahtuvan viruksen replikaation aiheuttamien suorien endoteelisoluvaurioiden vuoksi41,42. On ilmeistä, että ”sytokiinimyrskyn” lisäksi virus itse voi myös aiheuttaa immunosuppressiota ja vahingoittaa isäntäsoluja suoraan4,43,44. Näin ollen infektion haitalliset ilmenemismuodot johtuvat osittain toimintahäiriöisten immuunisolujen erittämistä tekijöistä ja osittain viruksen aiheuttamista isäntäkudosten ja -elinten vaurioista.
Ebola-virus osoittaa in vitro tropismia synnynnäisen immuunijärjestelmän soluille sekä endoteelisoluille, dendriittisoluille ja useille epiteelisolutyypeille. Replikaatio tapahtuu epätavallisen nopeasti tartunnan saaneissa soluissa. Viruksen kykyä lisääntyä eri solutyypeissä ei tunneta yhtä hyvin in vivo. Lisäksi tartunnan saaneiden potilaiden viremiaa on yleensä vaikea määrittää määrällisesti6; ainakin yhdessä Zaire-lajin Ebola-epidemiassa todettiin kuitenkin viruskuormitus, joka ylitti 106 plakkia muodostavaa yksikköä seerumin millilitrassa (PFU/ml)45. Tartunnan saaneiden kädellisten viremäärä voi olla jopa 107 PFU/ml46. Kuolemaan johtaneisiin infektioihin sairastuneiden ihmisten seerumissa on jopa 1010 kopiota viruksen RNA:ta millilitrassa, kun taas Ebola-virusinfektiosta hengissä selvinneiden seerumissa on paljon vähemmän (107 kopiota/ml) (ks. taulukko 1)47. Viruksen suuri replikaatiovauhti johtaa lyysiin ja nekroosiin monien elinten soluissa, kuten maksassa, pernassa, munuaisissa ja sukurauhasissa. Suuri osa havaitusta nekroosista on viruksen aiheuttamaa, sillä infektoituneissa kudoksissa on vain vähän infiltraatiota, ja nekroottisissa jäänteissä on poikkeuksellisen paljon viruspartikkeleita. Lisäksi infektoituneiden ihmiskudosten mikroskooppinen tutkimus osoittaa, että kudosvaurioiden ja virusantigeenien, nukleiinihapon ja viruksen replikaatiokohtien esiintymisen välillä on korrelaatio4,43,44. Tämä havainto osoittaa, että kudosten ja elinten suora virusvaurio voi johtaa elinten vajaatoimintaan ja sokkiin.
Tietyillä solutyypeillä on tärkeä rooli Ebola-viruksen patogeneesissä. Synnynnäisten immuunisolujen infektion uskotaan olevan keskeinen tekijä viruksen systeemisessä leviämisessä ihmisen tartunnan aikana8,10. Tartunnan saaneet monosyytit ja makrofagit kulkeutuvat infektiokohdasta imusolmukkeisiin, joissa rekrytoituu lisää monosyyttejä ja makrofageja, joista tulee sitten infektion kohteita. Näiden solujen infektio johtaa viruksen lisääntymiseen ja leviämiseen imunestejärjestelmän kautta12. Lisäksi hepatosyyttien infektio ja nekroosi aiheuttavat maksan toiminnan heikkenemistä. Maksaentsyymit ovat koholla useimmissa filovirusinfektioissa48,49,50, ja heikentynyt maksan toiminta voisi selittää hyytymistekijöiden vähentyneen synteesin ja hyytymishäiriöiden kehittymisen, jotka ovat merkittäviä kuolemaan johtavan infektion aikana. Lopuksi, sokin kehittyminen taudin myöhemmissä vaiheissa on monitekijäistä ja voi verenvuodon ohella johtua osittain infektiosta ja siitä johtuvasta lisämunuaiskuoren solujen nekroosista50 , koska nämä solut ovat tärkeitä verenpaineen säätelyssä.
Verisuonten vajaatoiminta ja Ebola-glykoproteiinit
Endoteelin vajaatoiminta on merkittävä piirre Ebola-verenvuotokuumeessa. Verisuonten eheyden heikkenemistä havaitaan usein ihmisillä ja kädellisillä taudin myöhäisvaiheessa, ja se liittyy verenvuotoon ja kudostilojen välisen nesteen epätasapainoon. Endoteelin läpäisevyyteen johtavia täydellisiä mekanismeja ei ole selvitetty. Useissa tutkimuksissa on osoitettu, että viruksen aiheuttama tulehdusvälittäjäaineiden vapautuminen lisää verisuonten läpäisevyyttä in vitro11,51. Endoteelisolut ovat kuitenkin infektion kohteita taudin myöhemmissä vaiheissa, eikä viruksen aiheuttamaa suoraa endoteelisolujen sytotoksisuutta voida sulkea pois mekanismina, joka vaikuttaa osaltaan lisääntyneisiin hemorragisiin oireisiin. Viruksen kuoriglykoproteiini GP:n on nimittäin todettu olevan yksi tärkeimmistä verisuonisolujen vaurioitumiseen vaikuttavista tekijöistä.
GP on yksi eniten tutkituista Ebola-viruksen proteiineista, koska sillä on merkitystä viruksen tunkeutumisessa ja koska se voi toimia rokotteen kehittämisen kohteena. Kuten mainittu, sitä tutkitaan intensiivisesti myös sen mahdollisen patogeneesiin liittyvän roolin vuoksi. Glykoproteiini vastaa viruksen kohdentumisesta patogeneesin kannalta merkityksellisiin soluihin. GP:llä on todennäköisesti rooli immuunisuppressiossa, koska se vaikuttaa lymfosyyttien adheesion ja antigeenin esittelyn kannalta olennaisten solunpintaproteiinien alaregulaatioon52,53. Vaikka jotkut ovatkin esittäneet, että liukoinen GP saattaa kilpailla neutraloivista vasta-aineista, jotka muutoin voisivat kohdistua viruksiin tai infektoituneisiin soluihin54,55 , tällaisten vasta-aineiden suojaavaa roolia ei ole osoitettu, ja liukoisen GP:n biokemia ja vasta-aineiden reaktiivisuus eroavat kalvoon sitoutuneen trimeerin piikin biokemiasta ja vasta-aineiden reaktiivisuudesta56,57. Liukoinen GP estää neutrofiilien aktivoitumista57 , mikä tarjoaa uuden mekanismin, jolla virusimmuniteetti voi vaikuttaa synnynnäiseen tulehdusvasteeseen. Ebolaviruksen kulkeutuminen riippuu myös endosomaalisista katekpiineistä, entsyymeistä, jotka ovat kriittisiä antigeenin esittelyn kannalta58,59, ja katekpsiinien vapautuminen voi osaltaan vaikuttaa viruksen aiheuttamiin soluvaurioihin60.
Monet ryhmät ovat osoittaneet, että GP:llä on suora sytotoksinen vaikutus. Yang ja kollegat havaitsivat, että seitsemästä viruksen geenituotteesta GP oli vastuussa solujen pyöristymisestä ja irtoamisesta endoteelisoluissa sekä in vitro että ex vivo ja että tämä voi johtaa verisuonten läpäisevyyden huomattavaan lisääntymiseen61. Kaikkien neljän Ebola-viruslajin GP:n ilmentyminen aiheuttaa solulinjoissa ja primaarisoluissa in vitro vaihtelevan asteista sytotoksisuutta, jolle on ominaista solujen pyöristyminen ja irtoaminen, jota seuraa solukuolema61. Näitä vaikutuksia välittää glykoproteiinin voimakkaasti glykosyloitunut, musiinin kaltainen domeeni. Vaikka GP:n sytotoksisuuden roolista elävän virusinfektion aikana käydään jonkin verran keskustelua62 , erot GP:n aiheuttamassa sytotoksisuudessa korreloivat eri viruslajien kuolleisuusasteiden kanssa52,61 , mikä viittaa siihen, että tämä geenituote on tärkeä taudin patogeneesissä. Kalvoon sidotun GP:n ilmentymistä näyttäisi valvottavan tarkasti viruksen replikaation aikana mekanismilla, johon liittyy viruspolymeraasin transkriptiomuokkaus63. Tämä viittaa siihen, että glykoproteiini saattaa olla keskeinen viruksen määräämä patogeenisuuden tekijä infektion aikana.
Viruksen ja isännän aiheuttamat tekijät yhdistyvät siis ja johtavat tuhoisaan reittiin, jossa kohtalokas reaktio Ebola-virusinfektioon korreloi poikkeuksetta sekä B- että T-soluvälitteisen immuniteetin tukahduttamisen kanssa. Potilailla, jotka eivät toivu, ei ole käytännössä lainkaan virusantigeenispesifisiä vasta-aineita. Vain 30 prosentilla kuolemaan johtaneista infektoituneista potilaista on vähäisiä määriä spesifistä immunoglobuliini Ms:ää, eikä spesifistä immunoglobuliini G:tä havaita30,64,65. Sytotoksisten T-solujen tai CD4+ auttaja-T-solujen vasteet näyttävät käynnistyvän vain rajoitetusti, mikä johtuu todennäköisesti siitä, että ne ovat ehtyneet kuolemaan johtaneissa tapauksissa. Lymfosyyttien väheneminen todennäköisesti pahentaa hallitsematonta viruksen lisääntymistä makrofageissa ja muissa tulehdussoluissa. Kuolemaan johtavalle Ebola-virusinfektiolle on siis ominaista laaja immunosuppressio, jolle on tyypillistä poikkeavan epäspesifisen ja haitallisen synnynnäisen immuunivasteen kehittyminen ja antigeenispesifisen adaptiivisen vasteen vähäinen tai olematon stimulaatio. Tämä vasteen puute johtaa ylivoimaiseen virustaakkaan ja siitä johtuvaan immuunijärjestelmän ja viruksen välittämään patologiaan.
Merkitys muihin erittäin tappaviin patogeeneihin ja tuleva tutkimus
Arvokasta tietoa isännän immuunijärjestelmän kriittisistä piirteistä voidaan saada tarkastelemalla immuunivastetta Ebola-viruksen kaltaisiin erittäin virulentteihin patogeeneihin. Yksi esiin nouseva suuntaus näyttää olevan se, että tappavat, akuutit patogeenit tappavat yleensä nopeasti ennen adaptiivisen immuunivasteen kehittymistä, kun taas krooniset patogeenit voivat selviytyä ja lisääntyä adaptiivisesta immuunivasteesta huolimatta. Tässä suhteessa Ebola-virusinfektion ja vuoden 1918 erittäin patogeenisen influenssaviruksen välillä on mielenkiintoisia yhtäläisyyksiä (ks. oheinen Ahmedin ja kollegoiden katsaus66). Esimerkiksi Kobasa ja työtoverit havaitsivat, että vuoden 1918 influenssakannasta rekonstruoidun kannan viruksen replikaatio on voimakasta, mikä korreloi makroskooppisten vaurioiden kanssa tartunnan saaneiden cynomolgusmakakoiden keuhkokudoksessa67. Infektio tässä eläinmallissa johti akuuttiin hengitysvajaukseen ja ylivoimaisesti kuolemaan. Mielenkiintoista on, että tartunnan saaneet eläimet pystyivät saamaan aikaan immuunivasteen, joka oli monin tavoin samanlainen kuin kädellisten Ebola-infektiossa havaitut vasteet. Vuoden 1918 influenssaan liittyvälle immuunivasteelle oli ominaista poikkeava interferonivaste ja epänormaalin korkea sytokiinien ja kemokiinien ilmentyminen. Kirjoittajat päättelivät, että vuoden 1918 influenssakannan suuri tappavuus voi johtua osittain epätyypillisen ja haitallisen synnyttämästä synnynnäisestä immuunivasteesta, joka ei riitä suojautumiseen.
Ebola- ja vuoden 1918 influenssaviruksiin kohdistuvien immuunivasteiden vertailu osoittaa, että näiden virusten suuri tappavuus voi johtua korkeiden virustitterien ja suorien virusvaurioiden sekä epäspesifisen ja epänormaalisti ylläpidettävän synnynnäisen immuunivasteen haitallisten vaikutusten yhteisvaikutuksesta. Samanlainen kuva ylivoimaisesta viremiasta, synnynnäisen immuunivasteen hallitsemattomuudesta ja adaptiivisen immuniteetin kehittymättömyydestä on havaittu myös muiden erittäin tappavien virusten, kuten SARS-koronaviruksen (vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän virus), Marburg-viruksen, Lassa-kuumeviruksen ja muiden virusten kohdalla. Kussakin tapauksessa näyttäisi siltä, että virus aiheuttaa tappavan infektion ylivoimaisen lisääntymisensä kautta, vaikka erityiset reseptorit, solu- ja elintropiitit, tulehduksen ja immuniteetin väistämismekanismit ja luonnollinen reservoari voivat erota toisistaan.
Viruksen aiheuttaman immuunijärjestelmän häiriön mekanismeihin ja täyteen laajuuteen liittyvät monet kysymykset ovat edelleen ratkaisematta. Esimerkiksi lymfosyyttien apoptoosin mekanismia ei tunneta. Ebolavirus ei kohdistu suoraan näihin soluihin, mutta niiden määrä loppuu nopeasti, kun virustitterit ovat isännässä mitattavissa. Johtavatko nämä solut anergiseen terminaaliseen erilaistumiseen paikallisten sytokiinien epätasapainon vuoksi, vai onko kyseessä muiden immuunisolujen suorittama poikkeava kohdetuho? Ei myöskään tiedetä, onko Ebola-virus trooppinen tietylle DC:lle, mikä voi tehostaa viruksenvastaisen vasteen kiertämistä. Mekanismia, jolla DC:n antigeenin esittely heikkenee, ei tunneta. Kathepsiinin roolia immunopatogeneesissä ei myöskään täysin tunneta; koska kathepsiinit osallistuvat myös antigeenien prosessointiin, on mahdollista, että ne vaikuttavat myös adaptiiviseen immuunivasteeseen. Samanlaisia kysymyksiä on edelleen viruksen replikaation yksityiskohdista in vivo. Vaikka Ebola-virus voidaan löytää immunovärjäyksellä useista solutyypeistä, kuten makrofageista, DC-soluista ja endoteelisoluista, virus sitoutuu monien näiden solujen ubiikkisiin lektiinireseptoreihin; näin ollen on epäselvää, merkitseekö viruksen läsnäolo tietyssä solussa aktiivista replikaatiota vai pelkästään sitoutumista solun pintaan. Lopuksi, sytokiinimyrskyn ja viruksen endoteelisoluihin kohdistuvan suoran sytotoksisuuden roolista spekuloidaan edelleen paljon, mutta valitettavasti siitä on vain hyvin vähän tietoa.
Viimeisesti monet näistä kysymyksistä, mukaan lukien immuunijärjestelmän tiettyjen osien rooli suojassa, voidaan ratkaista tutkimuksilla, joissa käytetään in vivo vasta-aineiden poistoa sytokiineja, sytokiinireseptoreita ja lymfosyyttien osajoukkoja vastaan infektioiden in vivo-malleissa kädellisillä kädellisillä. Siihen asti, kunnes nämä tärkeät kysymykset on ratkaistu, nykyiset hypoteesit selittävät Ebola-viruksen aiheuttaman patofysiologian laajasti: useiden tekijöiden yhdistelmä, mukaan lukien hallitsemattomat ja epäspesifiset tulehdusreaktiot, viruksen aiheuttama immunosuppressio ja useiden solutyyppien suora virusperäinen tuhoutuminen, vaikuttavat yhdessä verisuonijärjestelmän luhistumiseen, useiden elinten toimintahäiriöön ja shokin kaltaiseen oireyhtymään, jotka ovat seurausta kuolemaan johtavasta Ebola-virusinfektiosta.