Artemisinin gây ra trạng thái ngủ ở Plasmodium falciparum và tái phát sốt rét

1. Giới thiệu


Sốt rét do nhiễm ký trùng Plasmodium spp. và lưu hành trên 106 quốc gia. Tỷ lệ mắc và tử vong do sự tăng trưởng và nhân lên nhanh chóng của ký sinh trùng Plasmodium trong hồng cầu của vật chủ. Điều trị sớm và hiệu quả rất quan trọng trong việc ngăn ngừa các biến chứng và tử vong, và là một yếu tố quan trọng trong chương trình kiểm soát và loại trừ bệnh sốt rét.

Một vài thập kỷ trước đây, bệnh sốt rét có thể được điều trị hiệu quả bằng sử dụng một trong nhiều loại thuốc chống sốt rét bao gồm chloroquine, pyrimethamine/sulfadoxine (Fansidar), mefloquine và atovaquone/proguanil (Malarone).

Hầu hết các thuốc tác động lên giai đoạn trưởng thành của ký sinh trùng trong hồng cầu và phòng chống ký sinh trùng nhân lên và trưởng thành. Vào cuối những năm 1960 P.falciparum phát triển đề kháng với chloroquine và sau đó phát triển đề kháng với hầu hết các thuốc khác nên các thuốc này không còn được sử dụng ở nhiều khu vực. Kháng thuốc sốt rét dẫn đến tăng gánh nặng bệnh tật, tăng lan truyền dịch bệnh. Như vậy, Plasmodium đề kháng với thuốc sốt rét đã trở thành một thách thức lớn trong cuộc chiến toàn cầu chống lại bệnh sốt rét.

Năm 2001, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến cáo artemisinin (ART) dựa vào điều trị phối hợp (ACTs) là dòng thuốc đầu tiên dùng điều trị sốt rét P.falciparum chưa biến chứng, và trong suốt thập kỷ qua các nước có bệnh sốt rét lưu hành đã chuyển hầu hết chính sách thuốc quốc gia sang ACTs (WHO, 2010a). ART và các dẫn xuất của nó là thuốc chống sốt rét mạnh nhất và có tác dụng nhanh chóng. Thuốc tác động lên tất cả các giai đoạn sinh sản vô tính của ký sinh trùng và có thể làm giảm số lượng ký sinh trùng lên đến 10.000 lần mỗi chu kỳ do đó làm giảm nhanh chóng các triệu chứng. Quan trọng hơn, đây là loại thuốc có tác dụng chống ký sinh trùng đa kháng thuốc. ACTs cũng làm giảm sinh sản các giao bào và được báo cáo có tác động trên sự lây nhiễm. Vì những lý do này, ACTs đã trở thành nền tảng trong các chương trình kiểm soát và loại trừ bệnh sốt rét hiện hành.

Mặc dù ART có các hoạt tính vượt trội trên ký sinh trùng P.falciparum, 3-50% bệnh nhân không có miễn dịch thất bại trong điều trị bằng ART nếu nó được sử dụng đơn trị liệu. Các tỷ lệ thất bại do thời gian điều trị là chủ yếu, trường hợp có tỷ lệ thất bại cao hơn được quan sát thấy sau 3 ngày điều trị, giảm trong 5-7 ngày điều trị. Mật độ ký sinh trùng cao trước khi điều trị cũng góp phần làm tăng thất bại trong điều trị. Nguyên nhân được cho là các hợp chất ART có thời gian bán thải ngắn, không đủ để loại trừ tất cả các ký sinh trùng trong quá trình điều trị, dẫn đến tái phát. Tuy nhiên, tăng thời gian điều trị từ 3-5 ngày lên 5-7 ngày, chỉ giảm bớt nhưng không loại trừ tái phát. Kết quả này rất khó để giải thích dựa trên dược lực và dược động học/tính năng hoạt động một mình của thuốc. Điều khác nữa là, các ký sinh trùng phân lập được từ những thất bại sau khi dùng ART với đơn trị liệu không kháng với ART in vitro và tái điều trị là có hiệu quả. Tốc độ tái phát cao có thể giảm đáng kể bằng cách sử dụng ART kết hợp với các thuốc chống sốt rét khác như mefloquine, lumefantrine, pyronaridine, và piperaquine, để tạo thành ACTs. Cho đến nay, lý do về tỷ lệ tái phát cao khi dùng đơn trị liệu với ART và cơ chế chính xác của ART kết hợp làm giảm tái phát là không chắc chắn.

Mối đe dọa chính đối với tính hiệu quả và thời gian lưu hành hữu ích của ACTs là sự phát triển của ký sinh trùng kháng với ART. Báo cáo gần đây ở Campuchia là ký sinh trùng giảm sự nhạy cảm in vivo với artesunate (AS), một dẫn xuất của ART, làm tăng mối lo ngại nghiêm trọng cho sự phát triển của kháng ART. Các dữ liệu lâm sàng từ phía tây Campuchia cho thấy thời gian làm sạch ký sinh trùng sau khi đơn trị liệu với AS được so sánh với các trường hợp ở tây bắc Thái Lan. Không có thay đổi lớn ở kiểu hình ký sinh trùng, đặc biệt là trong các giá trị IC50 in vitro, hoặc kiểu gen đã được phát hiện trong các loại ký sinh trùng ở Campuchia. Tính chất này khác với các loại thuốc chống sốt rét khác là những  thay đổi trong giá trị IC50 in vitro thường được quan sát thấy trong ký sinh trùng kháng thuốc. Trong khi rõ ràng là các ký sinh trùng đang thích ứng với áp lực của ART, các cơ chế về hiện tượng này chưa được biết rõ. Nếu không có một kiểu hình hoặc marker phân tử điển hình rất khó để theo dõi là có sự phát triển của ký sinh trùng kháng ART.

Tại sao đơn trị liệu ART liên quan với tỷ lệ tái phát cao? Làm thế nào để ART kết hợp làm giảm tái phát? Lời giải thích cho thời gian chậm làm sạch ký sinh trùng quan sát thấy ở Campuchia là gì? Một sự hiểu biết sâu hơn về những câu hỏi quan trọng này có thể giúp bảo vệ hiệu quả của ART và ACTs. Xem xét các dữ liệu sẵn có từ các công trình nghiên cứu để giải quyết những câu hỏi này.

2. Các nguyên nhân chính gây ra tái phát: Artemisinin-gây ra trạng thái ngủ

2.1. Các giả thuyết

Định nghĩa về điều trị thất bại (WHO, 2010a). 

Điều trị thất bại được xác định là thuốc chống sốt rét không có khả năng làm sạch ký sinh trùng sốt rét hoặc giải quyết các triệu chứng lâm sàng mặc dù đã được điều trị. Điều trị thất bại không những do kháng thuốc, mà còn có sự đóng góp của nhiều yếu tố khác, chủ yếu là do giảm nồng độ thuốc. Những yếu tố bao gồm: liều lượng không chính xác, sự tuân thủ của bệnh nhân nghèo dùng 1 hoặc 2 liều hoặc thời gian điều trị không đủ, chất lượng thuốc kém và do sự tương tác thuốc.

Năm 1996 Kyle và Webster cho biết sự phát triển thể tư dưỡng sớm của ký sinh trùng P.falciparum bị gián đoạn sau khi tiếp xúc với AS hoặc dihydroartemisinin (DHA), một chất chuyển hóa của ART; các ký sinh trùng còn sống sót dưới hình thức ngưng hoạt động trong vòng 3-8 ngày trước khi tiếp tục phát triển bình thường. Quan sát này đã khiến họ đưa ra giả thuyết rằng một số ký sinh trùng được điều trị bằng ART đi vào trạng thái ngủ, ở hình thức này chúng được bảo vệ khỏi các tác động gây chết của thuốc, nhưng hồi phục vào thời gian sau đó để tiếp tục phát triển bình thường. Các hiện tượng này tương tự như các nghiên cứu về tác dụng của thuốc kháng sinh đối với vi khuẩn.

Trong cùng thời gian, Bwijo và cộng sự sử dụng một liều lặp đi lặp lại trong mô hình in vitro để mô phỏng dược động học in vivo của ART. Kết quả cho thấy khi tiếp xúc với ART (tần số 3 giờ, mỗi ngày một lần) số lượng ký sinh trùng P.falciparum thể vô tính in vitro giảm đến mức rất thấp, nhưng các ký sinh trùng không hoàn toàn bị tiêu diệt trừ khi sử dụng ART ≥10 µM. Thời gian “Bùng nổ” của sự tăng trưởng trong nuôi cấy có liên quan đến liều lượng, tần số và thời gian tiếp xúc với thuốc. Một mô hình toán học lý thuyết trong điều trị với AS cũng được đề xuất trong đó bao gồm cả trạng thái ngủ. Các mô hình đầu ra được hỗ trợ cho giả thuyết trạng thái ngủ và nhấn mạnh tầm quan trọng  của trạng thái ngủ trong việc lựa chọn phác đồ điều trị tối ưu với AS. Tuy nhiên, cần nghiên cứu toàn diện hơn và có các bằng chứng của phòng thí nghiệm về lĩnh vực này để xác nhận điều giả thuyết này.

2.2. Bằng chứng in vitro

Để nghiên cứu sâu hơn các giả thuyết của thể ngủ trong nghiên cứu in vitro, tiến hành một  tiếp xúc đơn 6 giờ với 200 ng/ml (~7 x 10-7 M) DHA, được so sánh với nồng độ DHA trong huyết thanh ở bệnh nhân điều trị với các dẫn xuất ART. Kết quả cho thấy sự phát triển của ký sinh trùng giai đoạn tư dưỡng đột ngột bị chặn lại khi tiếp xúc với DHA và ký sinh trùng đi vào trạng thái không hoạt động (thể ngủ) kéo dài đến 20 ngày. Những ký sinh trùng thể ngủ có đặc điểm hình thái riêng biệt: không có sự hiện diện của không bào, tế bào chất được cô đặc và tụ lại về phía nhân và nhân cũng co lại. Mặc dù phần lớn các ký sinh trùng chết trong trạng thái này, một tỷ lệ hồi phục để trở thành ký sinh trùng phát triển với một hình thái bình thường giữa 3 và 20 ngày sau điều trị. Tỷ lệ hồi phục tổng thể từ thể ngủ được ước tính vào khoảng 0,044% và 1,313%, phụ thuộc vào dòng ký sinh trùng và liều điều trị. Khoảng 50% ký sinh trùng thể ngủ hồi phục và tăng trưởng trở lại trong vòng 9 ngày điều trị. Sử dụng hệ thống thử nghiệm này các tác giả chứng minh rằng thể ngủ có thể dễ dàng xảy ra trong giai đoạn tư dưỡng của P.falciparum. Hơn nữa, các nghiên cứu cho thấy điều trị với DHA lặp đi lặp lại 3 ngày liên tiếp, 6 giờ mỗi ngày, làm giảm thể ngủ xuống gấp 10 lần mức bình thường, cho thấy tầm quan trọng của việc sử dụng một phác đồ điều trị ART kéo dài.
 
2.3. Làm thế nào để ACTs có tác dụng làm giảm tái phát? 
 
Vai trò chính của ART trong ACTs là để làm giảm nhanh chóng sự nhân lên của ký sinh trùng gây bệnh xuống gần 104 lần mỗi 48 giờ, trong khi các loại thuốc phối hợp với ART làm sạch ký sinh trùng còn lại. Tuy nhiên, không có bằng chứng trực tiếp, chính xác cho các cơ chế mà thuốc đồng tác dụng làm giảm tái phát. Các thuốc đồng tác dụng, thường là những thuốc tác dụng kéo dài, có thể trực tiếp diệt ký sinh trùng thể ngủ hoặc diệt ký sinh trùng sau khi hồi phục từ thể ngủ, hoặc cả hai. Để làm sáng tỏ cơ chế này, Teuscher và cộng sự đã cho ký sinh trùng tiếp xúc in vitro với DHA trong 6 giờ và với mefloquine trong 24 giờ. Mefloquine được loại bỏ hết sau 24 giờ để chắc chắn rằng ký sinh trùng hồi phục  từ thể ngủ không còn tiếp xúc với thuốc. Cột từ tính được sử dụng hàng ngày sau khi điều trị với DHA để loại bỏ bất kỳ ký sinh trùng nào không bị ảnh hưởng bởi DHA trong cả hai trường hợp DHA dùng một mình và DHA kết hợp với mefloquine. Kết quả cho thấy tỷ lệ ký sinh trùng hồi phục giảm 10 lần và sự hồi phục chậm hơn so với sử dụng DHA một mình. Điều này chứng minh rằng mefloquine có ảnh hưởng trực tiếp trên ký sinh trùng thể ngủ. Mefloquin có thời gian bán thải dài khoảng 2 tuần do đó mefloquine cũng có thể diệt bất kỳ ký sinh trùng nào hồi phục từ thể ngủ in vivo, do đó tác dụng diệt ký sinh trùng tái phát tổng thể cao hơn so với những gì quan sát chỉ với 24h trong thực nghiệm in vitro. 

2.4. Bằng chứng in vivo

Trái ngược với các số liệu in vitro, cho đến nay chưa có báo cáo nào cho rằng ký sinh trùng trạng thái ngủ tồn tại trong cơ thể sau khi điều trị với ART. Điều này có thể chỉ đơn giản là do các nhà nghiên cứu không nhận ra các ký sinh trùng bất bình thường trong xét nghiệm lam máu của bệnh nhân sau khi điều trị. Có thể do các cơ quan của cơ thể như lá lách bị tổn thương nghiêm trọng và ký sinh trùng chết trong các hồng cầu bị nhiễm, và chỉ để lại một tỷ lệ rất nhỏ ký sinh trùng trạng thái ngủ hiện diện ở mật độ dưới ngưỡng phát hiện của kính hiển vi.

Để nghiên cứu xem liệu thể ngủ có xảy ra trong cơ thể, LaCrue và cộng sự phát triển một mô hình sốt rét của loài gặm nhấm bằng cách sử dụng đồng bộ chủng P.vinckei petteri (không gây tử vong) và P.vinckei (gây tử vong), trong đó sự phát triển của ký sinh trùng giai đoạn hồng cầu là tương đối đồng bộ và mật độ ký sinh trùng thường xuyên đạt 40%. Những con chuột bị nhiễm được điều trị bằng AS ở các giai đoạn phát triển khác nhau của ký sinh trùng. Các kết quả cho thấy cả hai chủng không gây chết người và gây chết người, các ký sinh trùng giai đoạn tư dưỡng là dễ điều trị nhất, và sau điều trị 24 giờ, ký sinh trùng trạng thái ngủ có hình dáng tương tự như P.falciparum đã được quan sát thấy trong in vitro. Một thí nghiệm gây nhiễm cũng đã được tiến hành, trong đó ký sinh trùng trạng thái ngủ sau điều trị từ chuột cho được chuyển cho những con chuột nhận trong các nhóm khác nhau. Thí nghiệm gây nhiễm này xác định một tương quan thuận giữa số ký sinh trùng trạng thái ngủ chuyển giao và thời gian để ký sinh trùng đạt 5%  trong cả hai con chuột nhận có lá lách còn nguyên vẹn và cắt bỏ lá lách. Tỷ lệ hồi phục được ước tính là 1 trong 400 ký sinh trùng trạng thái ngủ tương tự như tìm thấy trong in vitro. Kết quả cũng cho thấy khi được tiêm vào những con chuột bị cắt bỏ lá lách, ký sinh trùng trạng thái ngủ cần thời gian để hồi phục ít hơn so với những con chuột còn nguyên vẹn lá lách và trong những con chuột cắt bỏ lá lách, ký sinh trùng tồn tại thấp hơn so với trong nhóm còn lá lách nguyên vẹn. Những dữ liệu này đã chứng minh rõ ràng vai trò của lá lách trong sự làm sạch ký sinh trùng sau điều trị, cũng như thể tư dưỡng trạng thái ngủ còn tồn tại trong lá lách.

2.5. Cơ chế chính của sự tái phát

Nói chung, các dữ liệu cho thấy rằng thể ngủ xảy ra trong in vitro và in vivo là một cơ chế hợp lý cho tỷ lệ tái phát cao được quan sát thấy sau đơn trị liệu bằng ART. Kiểu hình ký sinh trùng này có nghĩa là ART bắt buộc chỉ được sử dụng kết hợp với thuốc chống sốt rét khác. Bằng chứng về trạng thái ngủ của thể tư dưỡng trong thử nghiệm ở động vật và ở những bệnh nhân được điều trị bằng ART cộng với bằng chứng về mối tương quan giữa thể tư dưỡng trạng thái ngủ và tái phát sẽ củng cố cơ chế này. Một sự hiểu biết sâu hơn là tại sao một tỷ lệ ký sinh trùng trạng thái ngủ tồn tại in vivo và trong ex vivo, xem xét các bằng chứng cho thấy ký sinh trùng giai đoạn tư dưỡng và ký sinh trùng sau khi bị tác động bởi ART vẫn được duy trì hoặc tồn tại trong lá lách cũng sẽ giúp xác nhận mối liên quan giữa thể ngủ và tái phát lâm sàng.  
2.6. Tại sao không phải tất cả các bệnh nhân tái phát?

Dựa trên tỷ lệ hồi phục được công bố, một bệnh nhân mang 1 x 1010 ký sinh trùng giai đoạn tư dưỡng (~ 2000 ký sinh trùng/µL) sẽ có 4 x 105 ký sinh trùng hồi phục sau điều trị bằng ART. Ngay cả khi tỷ lệ ký sinh trùng giảm thêm 10 hoặc 100 lần bằng điều trị lặp lại với ART đơn trị liệu, tất cả các bệnh nhân vẫn còn đủ số lượng ký sinh trùng hồi phục  và tái phát. Vậy thì tại sao không xem xét tất cả các bệnh nhân tái phát?

Có khả năng là các chủng ký sinh trùng khác nhau có tỷ lệ hồi phục rất khác nhau từ thể ngủ. Bởi vì tỷ lệ thất bại điều trị liên quan chặt chẽ với các tỷ lệ ký sinh trùng hồi phục từ hàng loạt các thể ngủ khác nhau làm cho kết quả điều trị thay đổi.

Ngoài ra, khả năng miễn dịch của vật chủ có thể đóng một vai trò quan trọng. Codd và cộng sự tiến hành một nghiên cứu lý thuyết kết hợp in vitro về các đặc tính của ký sinh trùng thể ngủ với mô hình nhiễm P. falciparum. Kết quả chứng minh ước tính tỷ lệ ký sinh trùng và thất bại trong điều trị lâm sàng phù hợp với những kết quả thử nghiệm tại thực địa khi các đáp ứng kháng thể của vật chủ, protein 1 của màng hồng cầu (PfEMP1), một protein được sản xuất bởi var gen làm thay đổi tính kháng nguyên của P.falciparum. Trong trường hợp không có một đáp ứng miễn dịch như vậy, tất cả các bệnh nhân được dự đoán thất bại với đơn trị liệu ART.

2.7. Liệu trạng thái ngủ xảy ra duy nhất với các hợp chất ART

Một câu hỏi quan trọng là liệu các hiện tượng ngủ xảy ra duy nhất cho các hợp chất của ART hay nó xảy ra cho các thuốc chống sốt rét khác. Cho đến nay chưa có báo cáo một cách hệ thống trong thử nghiệm hiệu quả các loại thuốc khác nhau gây ra thể ngủ của ký sinh trùng. Các báo cáo vẫn còn ký sinh trùng hồi phục in vitro sau khi điều trị với pyrimethamine, sorbitol và mefloquine. Dựa vào các khoảng thời gian hồi phục tương tự sau khi các điều trị khác nhau và không có sự thay đổi tính nhạy cảm với các loại thuốc của ký sinh trùng sau khi hồi phục, các tác giả kết luận rằng còn một tỷ lệ nhỏ ký sinh trùng (ước tính khoảng 100 trong 107 ký sinh trùng) có khả năng sống sót sau điều trị và các ký sinh trùng không kháng với thuốc. Tuy nhiên sự khác biệt cơ bản giữa các kết quả này và liều sử dụng ART là khoảng thời gian hồi phục độc lập với liều điều trị, nhưng tương quan với số lượng ký sinh trùng ban đầu và thời gian điều trị. Điều này có thể đề xuất một cơ chế khác nhau về ART gây ra thể ngủ.

2.8. Liệu thể ngủ có phải là một cơ chế bảo vệ bẩm sinh cho tất cả các ký sinh trùng?

Teuscher và cộng sự thử nghiệm năm chủng P. falciparum có nguồn gốc di truyền khác nhau và nhận thấy tất cả các chủng có khả năng trở thành thể ngủ sau khi tiếp xúc với DHA, mặc dù tỷ lệ hồi phục khác nhau giữa các chủng. Điều này cho thấy ART- gây ra thể ngủ là một đặc điểm được bảo tồn của ký sinh trùng P. falciparum. Giả thuyết thể ngủ là một cơ chế bảo vệ bẩm sinh mà ký sinh trùng sử dụng để tồn tại trong một số điều kiện bất lợi. Nó có thể không cụ thể với ART, nhưng khá cụ thể với các loại thuốc khác tác động vào giai đoạn đầu của chu kỳ hồng cầu.

3. Tóm tắt

Thể ngủ do ART gây ra là một phản ứng bẩm sinh của ký sinh trùng với những điều kiện bất lợi và ký sinh trùng có thể tạm ngưng phát triển đến 20 ngày. Sau khi nồng độ thuốc giảm, một tỷ lệ nhỏ ký sinh trùng trạng thái ngủ hồi phục và tiếp tục tăng trưởng gây ra tái phát hoặc điều trị thất bại. Các hiệu quả cao của ACTs đạt được bằng các thuốc đồng tác dụng tác động trực tiếp vào các ký sinh trùng thể ngủ, và trong trường hợp này, thuốc đồng tác dụng có thời gian tác dụng dài, ức chế trực tiếp sự hồi phục và tăng trưởng của ký sinh trùng.

TS. Phùng Đức Truyền
(Lược dịch từ International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance 2 pp.249-251, Published by Elsevier )

(Cập nhật: 16:20 PM - 17/09/2015)




Các bản tin khác:

  Điểm tin y tế tuần 45 (16/11/2015)
  Bộ Y tế phê duyệt Đề án Vị trí việc làm của Viện Sốt rét – KST – CT TP. HCM (09/10/2015)
  Đoàn công tác của Bộ Y tế kiểm tra tình hình dịch bệnh sốt xuất huyết tại tỉnh Đồng Nai (28/09/2015)
  Công văn v/v loại trừ sốt rét ở địa phương đến năm 2020 (21/09/2015)
  Công văn v/v loại trừ sốt rét ở địa phương đến năm 2016 (21/09/2015)
  Hiểu biết về ký sinh trùng sốt rét kháng thuốc: nền tảng khoa học của Y tế dự phòng (17/09/2015)
  Hứa hẹn của phương pháp điều trị với thuốc Artemisinin phối hợp (17/09/2015)
  Những thách thức về phòng chống bệnh sốt rét, sốt xuất huyết (11/09/2015)
  Báo cáo tình hình sốt xuất huyết ở một số tỉnh trọng điểm từ đầu năm 2015 đến nay và kết quả hoạt động (09/09/2015)
  Di cư, di biến động và sốt rét ở Campuchia (một nghiên cứu về hoạt động của người dân liên quan đến chiến lược phòng chống và loại trừ sốt rét) (26/08/2015)
  Triển vọng về điều trị mới ngăn chặn ký sinh trùng sốt rét kháng thuốc từ các hợp chất (24/08/2015)
  Chuyển đơn vị sự nghiệp công lập thành công ty cổ phần (24/08/2015)
  Bình luận về hoạt động phòng chống giun truyền qua đất trên thế giới từ khi bắt đầu tới nay (07/08/2015)
  Thuốc ức chế nhiễm trùng gây bệnh tiêu chảy (30/07/2015)
  Bệnh do sán máng (Schistosomiasis) xuất hiện châu Âu (01/07/2015)
Tiêu điểm
Trung tâm TT Dịch vụ khoa học kỹ thuật
Cổng thông tin điện tử Phòng chống giun sán
Kham chua benh- Dich vu KHKT