LABORATORIO DE URGENCIAS

Staphylococcus aureus Provoca Picazón y Daños en Piel Causados ​​por Rascado.

                       Liwen Deng; Flavia Costa; Kimbria J. Blake;Rithwik Ramachandran;Alexander R. Horswill;Isaac M. Chiu et al
                                                             *Department of Immunology, Harvard Medical School, Boston, MA 02215, USA
                                                                       *Department of Immunology and Microbiology, University of Colorado Anschutz Medical Campus, USA                                                                                         *Department of Physiology and Pharmacology, University of Western Ontario, London, Canada
                                                                       *Department of Neuroscience and Advanced Pain Studies, University of Texas at Dallas, Richardson, USA
                                                                       *Departments of Neurology and Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital,
                                                                         Boston, MA 02114, USA
                                                                        *Division of Immunology, Boston Children’s Hospital and Harvard Medical School, Boston,USA
                                                                        *IRSD, Université de Toulouse, INSERM, INRAe, ENVT, Université Toulouse III-Paul Sabatier,Toulouse, France
                                                                        *Department of Dermatology, University of California, San Diego, La Jolla, USA
                                                                        *Cancer and Blood Diseases Institute, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center and the University of
                                                                          Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, OH, USA

                                                                                  CELL (November 2023) Volume 186, Issue 24p5375-5393.e25

La piel es una de las barreras más expuestas del cuerpo, susceptible tanto a lesiones como a la invasión de patógenos. está inervada por neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal (grd) que detectan estímulos mecánicos, térmicos y químicos, incluyendo señales nocivas que causan picor o dolor. los pruriceptores son las neuronas sensoriales que median el picor y el deseo de rascarse. los microbios que colonizan la piel desempeñan funciones clave en la homeostasis y la fisiología tisular. sin embargo, se desconocía hasta ahora el papel causal de los microbios en la aparición del picor. planteamos la hipótesis de que los pruriceptores podrían activarse tras la exposición a microbios específicos, lo que provocaría picor y, a su vez, daño cutáneo.
Staphylococcus aureus es un patógeno bacteriano oportunista y una de las principales causas de infecciones bacterianas en humanos. la dermatitis atópica (da) es una enfermedad cutánea caracterizada por lesiones eccematosas y pruriginosas. el 90% de las lesiones de da están colonizadas por s. aureus, que se considera un desencadenante de la inflamación. staphylococcus aureus es también una de las principales causas de impétigo, una infección cutánea contagiosa caracterizada por lesiones pruriginosas⁸. a pesar de su asociación con afecciones pruriginosas, la contribución de s. aureus al prurito no está clara. s. aureus codifica varios factores de virulencia que promueven la colonización y la invasión tisular, incluyendo la α-hemolisina (hla), las modulinas solubles en fenol (psm) y las proteasas. el s. aureus resistente a la meticilina (sarm) continúa propagándose, lo que exige una mejor comprensión de la patogénesis bacteriana y las respuestas del huésped a este patógeno.
Anteriormente, descubrimos que los nociceptores detectan s. aureus y sus toxinas para producir dolor durante las infecciones subcutáneas. las terminaciones nerviosas pruriceptoras se encuentran principalmente en la epidermis, a diferencia de los nociceptores, que inervan tanto la piel como los tejidos más profundos.
El prurito provoca el deseo de rascarse, un reflejo conductual que podría exacerbar el daño cutáneo. la importancia del ciclo picor-rascado en la patología cutánea y su impacto negativo en la calidad de vida del paciente son bien conocidos en afecciones como la dermatitis atópica, el prurigo nodular y la psoriasis. el rascado produce dolor, que puede suprimir temporalmente el picor a través de la vía espinal. el daño mecánico causado por el rascado altera la barrera cutánea y puede intensificar la inflamación. por lo tanto, comprender los desencadenantes del picor es fundamental para el tratamiento de las enfermedades de la piel.
En este estudio, observamos que la exposición epicutánea a s. aureus induce un picor intenso y daño por rascado, mediado por la proteasa v8. los pruriceptores se activan mediante la proteasa v8 a través del receptor 1 activado por proteinasa (par1). la inhibición de v8 o par1 elimina el picor y el daño a la barrera cutánea, lo que mejora la patología cutánea. nuestros hallazgos revelan la función de las proteasas bacterianas en el picor y a par1 como posible diana para el desarrollo de terapias.
Para investigar cómo staphylococcus aureus afecta el picor, adaptamos un modelo murino de exposición epicutánea relevante para la dermatitis atópica. en este modelo, se aplica s. aureus tópicamente sobre la piel depilada del dorso, cubierta con gasa, y se envuelve a los ratones con cinta adhesiva oclusiva tegaderm durante la exposición bacteriana, lo que provoca daño epidérmico e inflamación en el sitio de inoculación. al finalizar el experimento, se retiran la cinta adhesiva y la gasa para analizar la inflamación y el picor.

Discusión

Los mecanismos subyacentes del picor durante la exposición microbiana no se comprendían previamente. en este estudio, demostramos que el patógeno humano s. aureus induce un picor intenso y daño por rascado durante la exposición epicutánea. mediante el cribado in vivo de varios mutantes genéticos bacterianos para la inducción del picor, encontramos que la proteasa v8 es necesaria y suficiente para el picor y la alocnesis inducidos por la exposición. la proteasa v8 de s. aureus indujo la activación de las neuronas pruriceptoras de ratones y humanos y escindió el receptor par1. la inhibición de par1 previno la activación neuronal, el picor y el daño cutáneo. nuestros hallazgos revelan el papel de las bacterias en la aparición del picor y destacan la importancia del ciclo picor-rascado en las lesiones cutáneas.
Dado que S. aureus produce 10 proteasas, fue sorprendente que la proteasa V8 fuera específicamente necesaria para el prurito mediado por bacterias. Las estafopaínas A y B, la aureolisina y las SPL no contribuyeron al prurito. V8 es una serina proteasa con especificidad para escindir después de ácidos glutámicos y, en algunas condiciones, después de aspartatos. Se ha demostrado que la proteasa V8 es un factor de virulencia dominante de S. aureus que causa daño a los queratinocitos. Se demostró que la aplicación tópica de V8 aumenta la TEWL y los niveles séricos de IgE en ratones sin pelo Un estudio reciente perfiló la piel de adultos sanos y pacientes con AD para factores de virulencia de S. aureus, y se detectó el transcrito sspA en muestras de piel sana y AD. Encontramos que el transcrito sspA aumentó en las lesiones de piel AD en comparación con muestras de piel sana. Los informes han demostrado que casi todos los aislados de S. aureus contienen el gen sspA. Por lo tanto, V8 podría ser un mecanismo conservado para inducir prurito, aunque aún no se ha determinado si otras cepas también lo provocan de la misma manera. Se pueden detectar anticuerpos específicos contra V8 en personas que han sido infectadas previamente con S. aureus y en la población general.
Además de V8, la Hla de S. aureus activó las neuronas de los ganglios de la raíz dorsal (DRG) e indujo prurito y dolor al inyectarse. Las PSM también pueden causar prurito y dolor al inyectarse en la mejilla del ratón. Si bien la Hla y las PSM pueden inducir prurito, no encontramos diferencias en el prurito ni en la alocnesis en ratones inoculados con S. aureus deficiente en estas toxinas. Los niveles de Hla y PSM producidos por S. aureus en la piel podrían ser insuficientes para inducir prurito. En consonancia con esto, si bien los transcritos de sspA fueron altos al quinto día después de la inoculación con SARM, no observamos un aumento en los transcritos de psma1 ni de hla. Aún se desconoce cómo S. aureus regula la expresión de estos factores en la superficie de la piel.
Las proteasas no microbianas se han relacionado con el picor. Nuestro estudio añade una proteasa bacteriana como pruritógeno que actúa a través de PAR1. Muchos informes anteriores se han centrado en la acción de las proteasas en PAR2 y PAR4 en el picor.45 Las proteasas vegetales, incluyendo la mucanaína de Mucuna pruriens, la bromelina y la papaína, inducen picor actuando a través de PAR2 y PAR4. Los queratinocitos y las células inmunes expresan catepsina S, que puede inducir picor a través de PAR2 y PAR4. La triptasa y la quimasa de los mastocitos también pueden inducir picor. Un informe reciente encontró que la triptasa de los mastocitos activa PAR1 para causar anafilaxia.85 Los queratinocitos producen proteasas calicreína (KLK), incluyendo KLK5 y KLK14, que pueden escindir PAR286 y provocar picor. S. aureus también puede inducir la expresión de KLK en los queratinocitos.89 Nuestro hallazgo de que PAR1 media el picor durante la exposición a S. aureus introduce a este receptor como un factor desencadenante del picor. PAR1 se expresó en varias neuronas sensoriales de ratones, incluidas aquellas que expresan Nppb, Mrpgra3 y S1pr3. En humanos, la expresión de PAR1 estuvo más ligada a las neuronas NPPB+. Aún no se ha determinado completamente cómo la activación de proteasas en subconjuntos neuronales PAR1+ induce la señalización a nivel celular.
La dermatitis en el sitio de exposición bacteriana puede disociarse del picor y el rascado. Se ha demostrado previamente que las PSM y MYD88 impulsan la inflamación . Descubrimos que las bacterias que carecen de PSM causaron una disminución de la dermatitis, pero aún indujeron picor; de manera similar, los ratones Myd88−/− mostraron una disminución de la dermatitis, pero aún se rascaban. Por lo tanto, el picor y el rascado no requieren inflamación preexistente ni alteración de la barrera cutánea.
El papel de otras proteasas microbianas en el prurito requiere mayor investigación. Las bacterias producen numerosas proteasas con diversas funciones en la salud y la enfermedad. Staphylococcus epidermidis, un patógeno oportunista frecuente en piel sana y con dermatitis atópica (DA), produce la proteasa EcpA, que causa daño cutáneo en pacientes con DA. Streptococcus pyogenes, otro patógeno cutáneo, produce proteasas como SpeB, que influyen en las infecciones cutáneas. Más allá de las bacterias, se desconoce cómo contribuyen los hongos, los virus y los parásitos, o sus proteasas, al prurito.
La detección neuronal de patógenos puede mediar las respuestas de defensa tempranas a la infección mediante la inflamación neurogénica. Los nociceptores liberan neuropéptidos, como el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP) o la sustancia P (SP), para mediar cambios vasculares e inmunitarios. La activación de PAR1 en las aferentes primarias puede inducir la liberación de CGRP y SP, provocando inflamación neurogénica. Por lo tanto, la activación neuronal de PAR1 podría mediar el agotamiento de neuropéptidos de las aferentes primarias y la modulación inmunitaria subsiguiente.
Los patógenos pueden aprovechar el picor y otros reflejos neuronales en su beneficio. Mycobacterium tuberculosis (Mtb) activa directamente las neuronas nociceptivas vagales mediante el sulfolípido SL-1 para inducir la tos en cobayas, lo que podría facilitar la transmisión del patógeno. S. aureus induce picor y rascado, lo que provoca daño cutáneo. Esto puede afectar la propagación bacteriana en capas más profundas de la piel o resultar en su diseminación a otras partes del cuerpo. El rascado también podría facilitar la propagación bacteriana a otros huéspedes. Se necesita investigar más a fondo cómo las bacterias inducen comportamientos desadaptativos, incluido el picor, para facilitar la invasión y la diseminación.
Descubrimos que el bloqueo de PAR1 redujo el picor en ratones, y que V8 activa y escinde hPAR1. Por lo tanto, PAR1 podría ser un objetivo prometedor para el tratamiento del picor. Vorapaxar está actualmente aprobado por la FDA para la prevención de eventos cardiovasculares trombóticos. El desarrollo futuro de la aplicación tópica de estos antagonistas de PAR1 podría evitar los efectos adversos causados ​​por la administración sistémica. Existe interés en la inyección intratecal como método para administrar siRNAs terapéuticos que modulen la expresión génica en neuronas. El prurito es una causa importante de sufrimiento para muchos pacientes con enfermedades pruriginosas acompañadas de disbiosis microbiana. Dirigirse a PAR1 o a proteasas bacterianas, incluida V8, podría ser una estrategia prometedora. Por lo tanto, nuestro estudio revela un mecanismo de prurito de origen bacteriano que contribuye a la patología cutánea y que podría ser un objetivo para el tratamiento terapéutico del prurito.

Limitaciones del estudio

Si bien nuestro estudio demuestra que la proteasa V8 media el prurito inducido por S. aureus y actúa a través de PAR1 en los pruriceptores, no podemos descartar por completo mecanismos indirectos mediante los cuales V8 podría actuar. V8 podría activar proteasas endógenas de mamíferos, que a su vez podrían actuar sobre PAR1. La proteasa V8 escinde la protrombina humana, aunque se desconoce la actividad de este producto de escisión, y la trombina es un agonista de PAR1 que pueden producir los queratinocitos. Otra limitación es que, si bien la inhibición de PAR1 y el bloqueo farmacológico con vorapaxar reducen considerablemente el prurito causado por la exposición a V8 y S. aureus, no lo eliminan por completo hasta los niveles basales en animales inyectados con la proteasa V8. Por lo tanto, V8 podría inducir parcialmente el prurito mediante mecanismos independientes de PAR1. Observamos una reducción en la carga bacteriana de la piel en ratones inoculados con MRSA ΔsspA, lo que sugiere un defecto de aptitud. Se necesitan más estudios para comprender cómo V8 promueve la virulencia de MRSA. La proteasa V8 puede actuar directamente sobre los queratinocitos, las células inmunitarias u otras células de la piel para impulsar la inflamación y el daño de la barrera cutánea. V8 también podría actuar en sinergia con otros factores de S. aureus, como los PSM, para impulsar el daño tisular, lo que resulta en una infección más profunda y dolor. Dado que el análisis del comportamiento del dolor no está optimizado para el dorso del ratón, actualmente no es posible evaluar cómo contribuye el dolor a este modelo. Si bien el modelo de inoculación epicutánea de S. aureus se utiliza ampliamente para la exposición tópica, implica la oclusión con cinta Tegaderm y es autolimitante, lo que podría no reflejar la dinámica de S. aureus en las lesiones de dermatitis atópica (DA) humanas. También imita aspectos de la infección, como la invasión epidérmica bacteriana. Se necesitan estudios adicionales para examinar la proteasa V8 y el PAR1 en el prurito en el contexto de la colonización humana por S. aureus y la DA. Sería interesante comprobar si las neuronas de los ganglios de la raíz dorsal (DRG) humanos que responden a la proteasa V8 pueden responder a otros pruritógenos. Debido a las limitaciones en la disponibilidad de donantes humanos, en este estudio utilizamos principalmente neuronas de DRG de ratón. Se necesitan estudios futuros con neuronas humanas para determinar qué subconjuntos de neuronas pueden responder a la proteasa V8 y a la mediación a través del PAR1.