Patogenesi
Clostridium tetani produce due esotossine, tetanolisina e tetanospasmina.10,70,71 La tetanolisina è un’emolisina sensibile all’ossigeno collegata alla streptolisina e alla θ-tossina del Clostridium perfringens. Può avere un ruolo nello stabilire l’infezione nel sito di inoculazione, ma non ha nessun altro ruolo noto nella patogenesi della malattia.85 La tetanospasmina, indicata come tossina tetanica, è la neurotossina che causa le manifestazioni del tetano. La tossina è una proteina prodotta intracellularmente durante la fase logaritmica della crescita batterica e rilasciata durante l’autolisi. I geni per la tossina del tetano e il suo regolatore trascrizionale sono presenti su un plasmide.86-88 Le differenze osservate nella tossicità dei ceppi di riferimento di C. tetani sono legate all’eterogeneità dei cloni costituenti i ceppi; una tossicità inferiore risulta quando ci sono miscele di organismi con e senza il plasmide.89
La tossina del tetano ha un peso molecolare approssimativo di 150.000 kDa ed è sintetizzata come una singola catena prototossica polipeptidica. Quando viene rilasciata dalla morte cellulare, la prototossina viene scissa dalle proteasi batteriche o tissutali nella sua forma attiva, che consiste in una catena leggera di 50.000 kDa, il dominio tossico, e una catena pesante di 100.000 kDa con due domini relativi al legame e alla traslocazione di membrana. Le catene leggera e pesante sono tenute insieme da un singolo legame disolfuro; un secondo legame disolfuro collega due siti della catena pesante.90-92 I tre domini distinti della tossina sono legati alle fasi separate del legame al recettore del neurone, dell’internalizzazione, del trasporto intra-assonale, della traslocazione di membrana e dell’attività enzimatica del bersaglio. L’estremità carbossi-terminale della catena pesante (HC, o frammento C) si lega ai siti recettoriali ed è necessaria per l’internalizzazione tramite endocitosi;93 l’estremità amino-terminale (HN) della catena pesante media il trasporto intra-assonale e, negli interneuroni centrali, la traslocazione della molecola della tossina nel citosol neuronale.92,94,95 La catena leggera è un’endopeptidasi che è responsabile delle proprietà tossiche specifiche del tetanospasmo (discusse più avanti).92,96
La tossina del tetano è uno dei veleni più potenti conosciuti in base al peso, a causa della sua assoluta neurospecificità e funzione enzimatica nel sito d’azione.96 Appena 1 ng/kg uccide un topo; 0,3 ng/kg uccidono una cavia.97 La dose minima letale stimata per l’uomo è inferiore a 2,5 ng/kg.97 Varie specie hanno diversi livelli di reattività alla tossina: gatti, cani, uccelli e poikilotteri sono relativamente resistenti ai suoi effetti; topi, cavie, scimmie, pecore, capre e soprattutto cavalli sono sensibili. Humeau e colleghi hanno descritto le prove che queste differenze sono il risultato di differenze specifiche nel legame della tossina e nell’attività di blocco dei neurotrasmettitori.98
L’infezione di solito inizia con l’inoculazione di spore nelle ferite, accompagnata da lesioni ai tessuti, necrosi e condizioni anaerobiche necessarie per la germinazione delle spore e la replicazione batterica. Il calcio ionico sembra aumentare la necrosi locale e la probabilità di infezione da C. tetani; la sua presenza nel terreno che contamina le ferite può aumentare la germinazione delle spore e la replicazione batterica.99
Il trasporto della tossina dal sito infetto al SNC è complesso (Figura 33-2). Dopo il rilascio extracellulare, la tossina si diffonde alle giunzioni neuromuscolari dei neuroni α-motori nel tessuto muscolare adiacente o al sistema linfatico, che trasporta la tossina nel flusso sanguigno, portando alla diffusione sistemica e all’assorbimento diffuso.10,100 La tossina entra nei neuroni α-motori attraverso un processo di legame sequenziale a doppio recettore che coinvolge polisialgangliosidi specifici, e possibilmente glicoproteine, in microdomini di zattera lipidica, seguito dall’internalizzazione mediante endocitosi mediata dalla clatrina.95,101-107 Una volta internalizzata, la tossina è trasportata da uno specifico sistema di trasporto assonale retrogrado al corpo cellulare del motoneurone a una velocità da 3 a 13 mm/ora.96,106,108-Il meccanismo del suo rilascio nelle giunzioni sinaptiche contigue non è chiaro.96,102,106 L’ingresso negli interneuroni inibitori adiacenti nel sistema nervoso centrale avviene attraverso la ricaptazione delle vescicole sinaptiche (riciclaggio), per cui la tossina si lega alla proteina di membrana SV2 delle vescicole sinaptiche e viene endocitata nel lume delle vescicole sinaptiche.106,108,112,113
Una volta all’interno di un neurone inibitorio, la catena leggera viene trasferita al citosol neuronale per traslocazione di membrana attraverso un canale creato nella membrana della vescicola dall’amino-terminale della porzione HC della molecola della tossina. Nel citosol, il legame disolfuro tra la catena pesante e quella leggera viene rotto, liberando la catena leggera per iniziare la sua attività enzimatica tossica.96,102,113 La catena leggera è un’endoproteasi di zinco che scinde i legami peptidici nella sinaptobrevina, una proteina delle vescicole sinaptiche necessaria per la fusione delle vescicole con la membrana plasmatica. Senza la sinaptobrevina intatta, le vescicole sinaptiche si accumulano nella terminazione nervosa, incapaci di rilasciare il loro contenuto di neurotrasmettitori inibitori glicina o acido γ-amminobutirrico (GABA).83,96,114-116 Con l’inibizione bloccata, l’aumento dei tassi di accensione dei neuroni eccitatori porta alla rigidità muscolare, seguita dalla moltiplicazione dei riflessi eccitatori incontrollati che causano i caratteristici spasmi tetanici e, meno comunemente a livello cerebrale, le convulsioni.1,10,92,117-119
La tossina tetanica non attraversa la barriera emato-encefalica100 ; il trasporto neuronale è l’unico mezzo di ingresso nel SNC.10,120-122 Il trasporto transinaptico della tossina intatta permette il trasferimento ai neuroni inibitori nel midollo spinale e una più ampia diffusione nel SNC. Il recupero può dipendere da nuove connessioni funzionali o dalla degradazione della tossina.123-125
La tetanospasmina può agire nelle giunzioni neuromuscolari periferiche, nel midollo spinale, nel cervello e nel sistema nervoso simpatico.10,29-32,95,118,119 Nel tetano locale, il trasporto della tossina avviene dalla giunzione neuromuscolare del muscolo colpito senza diffusione ematogena; l’effetto predominante è sui neuroni inibitori glicinergici spinali.1,126 Nel tetano generalizzato, la diffusione ematogena della tossina permette un assorbimento più diffuso alle giunzioni neuromuscolari; l’effetto predominante è sui neuroni inibitori GABAergici sopraspinali.1 La sindrome clinica appare quasi identica all’avvelenamento da stricnina, che agisce legandosi competitivamente ai recettori postsinaptici della glicina nei motoneuroni.127 È stato dimostrato che la tetanospasmina interferisce anche con il rilascio di una varietà di altri neurotrasmettitori, compresa l’acetilcolina nei nervi somatici e autonomici periferici.98,113 Questo spiega la disfunzione autonomica nei casi di malattia grave, la paralisi flaccida dei nervi cranici nel tetano cefalico e la debolezza muscolare periferica, che spesso è mascherata dalle manifestazioni più drammatiche del blocco inibitorio centrale. Informazioni più dettagliate sulla tossina tetanica si possono trovare in recensioni recenti.92,96,98,102,106,128