Новообразования встречаются в природе у беспозвоночных, но, как известно, не развиваются у ленточных червей. Мы наблюдали скопления мономорфных, недифференцированных клеток в образцах биопсии лимфатических узлов и легких у мужчины, инфицированного вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Морфологические особенности и инвазивное поведение клеток были характерны для рака, но их небольшой размер указывал на нечеловеческое происхождение. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), направленный на эукариоты, идентифицировал ДНК
Hymenolepis nana . Хотя клетки не были распознаны как ткань ленточного червя, иммуногистохимическое окрашивание и гибридизация зондов позволили идентифицировать клетки in situ. Сравнительное глубокое секвенирование выявило структурные геномные варианты
H. nana , совместимые с мутациями, описанными при раке. Инвазия человеческих тканей аномальными, пролиферирующими, генетически измененными клетками ленточного червя является новым механизмом заболевания, связывающим инфекцию и рак.
H. nana , карликовый ленточный червь, является наиболее распространенным ленточным червем человека; по оценкам, до 75 миллионов человек являются носителями, а распространенность среди детей в некоторых регионах достигает 25%. Инфекции, как правило, протекают бессимптомно.
H. nana уникален среди ленточных червей тем, что может завершить свой жизненный цикл в тонком кишечнике, не нуждаясь в промежуточном хозяине. Такая аутоинфекция может сохраняться годами и приводить к высокой паразитарной нагрузке, особенно у людей с ослабленным иммунитетом. Инфекции обычно ограничиваются желудочно-кишечным трактом, где яйца, выделяемые взрослыми ленточными червями в тонком кишечнике, вылупляются. Эмбрионы (онкосферы) проникают в ворсинки кишечника хозяина, где превращаются в личинки (цистицеркоиды), после чего вырываются наружу и прикрепляются к слизистой оболочке.
Внекишечные инфекции, вызванные
H. nana, встречаются редко. В данном случае мы описываем мужчину с ВИЧ-инфекцией, у которого образцы лимфатических узлов и биопсии легких выявили мономорфные, недифференцированные клетки. Пролиферирующие клетки имели явные признаки злокачественного процесса, но их небольшой размер указывал на нечеловеческое происхождение. Пролиферация в организме иммунодефицитного хозяина могла способствовать накоплению соматических мутаций в популяции стволовых клеток
H. nana , что в конечном итоге привело к злокачественной трансформации.
Отчет о случае
В январе 2013 года 41-летний мужчина из Медельина, Колумбия, обратился с жалобами на усталость, лихорадку, кашель и потерю веса, продолжавшиеся несколько месяцев. В 2006 году ему был поставлен диагноз ВИЧ-инфекции, и он не соблюдал режим лечения; последний анализ на количество CD4-клеток показал 28 на кубический миллиметр, а вирусная нагрузка — 70 000 копий на миллилитр. Анализ кала выявил яйца
H. nana и цисты
Blastocystis hominis . Компьютерная томография показала наличие узлов в легких размером от 0,4 до 4,4 см, а также узлов в печени и надпочечниках и шейную, медиастинальную и абдоминальную лимфаденопатию. Была выполнена эксцизионная биопсия шейного лимфатического узла и пункционная биопсия легкого. Первоначально консультация с Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) проводилась посредством телемедицины: цифровые изображения были отправлены в веб-лабораторию диагностики DPDx; затем в CDC были направлены парафинированные образцы тканей. Пациент получил три дозы альбендазола в качестве эмпирического лечения, после чего была возобновлена терапия антиретровирусными препаратами. Заболевание прогрессировало, и в апреле 2013 года была проведена вторая биопсия шейных лимфатических узлов, а свежие образцы ткани были отправлены в CDC для исследования.
Лимфатические узлы представляли собой сильно измененные, плотные, узловатые образования, при исследовании мазка-отпечатка были обнаружены мелкие атипичные клетки со скудной цитоплазмой и выраженными ядрышками. Гистологическое исследование показало нарушение нормальной архитектуры нерегулярными, скученными гнездами мелких атипичных клеток. По периферии гнезд присутствовали синцитии, содержащие атипичные ядра. Отдельные клетки имели скудную цитоплазму и диаметр от 5 до 6 мкм (немного меньше, чем у эритроцита человека), с ядрами диаметром приблизительно от 2 до 3 мкм. Отдельные клетки были значительно увеличены, с плеоморфными ядрами, содержащими множественные ядрышки. Также наблюдались митотические фигуры, ангиолимфатическая инвазия и некроз. Аналогичные клетки присутствовали в образце, полученном при пункционной биопсии легкого (см. рис. S1 в , доступном вместе с полным текстом этой статьи на NEJM.org). Трансмиссионная электронная микроскопия показала, что цитоплазма была богата рибосомами и содержала рассеянные митохондрии. Помимо образования синцитиев, не наблюдалось никаких признаков дифференцировки, включая образование микроворсинок. Иммуногистохимическое окрашивание этих клеток было отрицательным на человеческий цитокератин и виментин (часто экспрессируемые в раковых клетках), а также на свободноживущие амебы.
Этот случай представлял собой диагностическую загадку. Пролиферирующие клетки имели явные признаки злокачественного процесса — они проникали в соседние ткани, имели скученный и беспорядочный характер роста и были мономорфными, с морфологическими признаками, характерными для стволовых клеток (высокое соотношение ядра к цитоплазме), — но малый размер клеток (<10 мкм в диаметре) предполагал заражение незнакомым, возможно, одноклеточным эукариотическим организмом. Из-за выраженного образования синцитиев рассматривалась возможность заражения плазмодиальной слизистой плесенью (тип Amoebozoa; класс Myxogastria). Хотя многие ткани цестод являются синцитиальными — в частности, их тегумент — заражение ленточным червем первоначально считалось менее вероятным из-за примитивного вида атипичных клеток, полного отсутствия архитектуры, которую можно было бы идентифицировать как ткань ленточного червя, и редкости ранее описанных случаев инвазивного цестодиоза.
В ходе лабораторных исследований поражения легких, печени и надпочечников оставались стабильными, но лимфатические узлы (особенно на шее) увеличились до максимального размера 5 см в диаметре, и в течение 4 месяцев клиническое состояние пациента ухудшилось. Пациент получал тенофовир для лечения ВИЧ-инфекции и амфотерицин В для лечения гистоплазмоза, у него развилась почечная недостаточность. Пациент отказался от гемодиализа, и в мае 2013 года была начата паллиативная помощь. Молекулярный диагноз был установлен за 72 часа до смерти, специфического лечения не проводилось. Посмертное исследование не проводилось. Перед смертью пациент дал письменное информированное согласие на проведение исследований и публикацию их результатов.
Методы
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ КЛЕТОК
Мы проводили культивирование клеток с использованием методов культивирования свободноживущих амеб и миксогастрий, включая агаровые пластины и тканевые культуры фибробластов легких человека. (Полное описание этих и других методов приведено в дополнительном приложении .)
ПЦР-АНАЛИЗЫ
ДНК была выделена из образцов тканей с использованием стандартных методов. Для первоначальных молекулярных исследований мы использовали ПЦР и секвенирование миксогастрий и панфунгальных грибов, нацеленные на ген 18S рибосомальной РНК (рРНК) и внутренние транскрибируемые спейсерные области (525 п.н. и приблизительно 650 п.н. соответственно). Последующий ПЦР-анализ, специфичный для цестод, был нацелен на фрагмент гена 18S рРНК длиной 206 п.н., а ПЦР-анализ, специфичный для видов гименолепидид, был нацелен на фрагмент гена, кодирующего цитохром
c- оксидазу (
CO1 ) длиной 391 п.н. (см. раздел «Методы» и таблицу S1 в дополнительном приложении ).
ИММУНОГИСТОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИБРИДИЗАЦИЯ IN SITU
Иммуногистохимические исследования проводились с использованием полимерной системы непрямого иммунощелочного фосфатазного обнаружения и хромогена Fast-Red. Поликлональная кроличья антисыворотка против антигенов
Taenia solium GP50 использовалась в разведении 1:250, что позволяет метить эпителий мочевого пузыря цистицерка
T. solium , тегумент взрослых особей H. nana и цистицеркоиды
H. diminuta (см. раздел «Методы» и рис. S3 в дополнительном приложении ). Дигоксигенин-меченые ДНК-зонды, нацеленные на 206-bp фрагмент гена 18S рРНК
H. nana и 224-bp консервативную область последовательностей Alu человека, были приготовлены с использованием стандартных методов (см. раздел «Методы» и таблицу S1 в дополнительном приложении ).
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Продукт ПЦР-анализа гена
CO1 H. nana, описанного выше, был секвенирован в обоих направлениях, а для подтверждения результатов были использованы повторный ПЦР-анализ и реакция секвенирования (номер Национального центра биотехнологической информации [NCBI], KT36213

. Вместе с последовательностями
H. nana , доступными в GenBank, нуклеотидные данные были выровнены с использованием программного обеспечения MUSCLE, а филогенетическое дерево было построено методом ближайшего соседа (программное обеспечение MEGA, версия 5.2).
ГЕНОМНОЕ СЕКВЕНИРОВАНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ДНК из образца, полученного при второй биопсии шейного лимфатического узла пациента, и ДНК из криоконсервированных образцов референсного штамма
H. nana были использованы для создания библиотек секвенирования и секвенированы с использованием системы MiSeq (Illumina). Загрязняющие человеческие последовательности были отфильтрованы с помощью CLC Genomics Workbench, версия 7.0.4 (CLC bio), путем картирования на референсный геном человека (Genome Reference Consortium human genome build 37). Затем оставшиеся последовательности (номер NCBI, SRP061937) были картированы на неаннотированный лабораторный референсный геном
H. nana ( http://parasite.wormbase.org ).
Относительно неполное покрытие генома позволило провести качественный анализ вариантов числа копий и структурных вариантов.
7 Инсерционные мутации были обнаружены на основе близлежащих левых и правых последовательностей с резкими изменениями в последовательности (разделенные последовательности). Делеции, инверсии и точечные мутации формально не исследовались. Гены были предсказаны с помощью гомологии с использованием аннотированного генома
H. microstoma . Полная информация приведена в разделе «Методы» в дополнительном приложении .
Результаты
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ КЛЕТОК
Была предпринята попытка культивирования клеток из свежей ткани. Однако после 4 недель инкубации роста не наблюдалось.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ПОДТВЕРЖДЕНИЕ
Мы провели ПЦР-анализы на миксогастрии и панфунгальные ПЦР-анализы в попытке выявить неизвестный эукариот, но эти анализы неожиданно идентифицировали
H. nana с 99% идентичностью последовательности. Присутствие ДНК
H. nana в образце было подтверждено с помощью ПЦР-тестирования и секвенирования, специфичных для видов цестод и гименолепидид. Молекулярные результаты оказались неожиданными, поскольку не было обнаружено узнаваемой тканевой архитектуры ленточного червя; поэтому, чтобы подтвердить происхождение клеток от ленточного червя, мы провели иммуногистохимические исследования и гибридизацию in situ, которые локализовали антигены цестод и маркеры нуклеиновых кислот.
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И АНАЛИЗ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК
Последовательность
CO1 , полученная от пациента, была отнесена к кладе известных последовательностей
H. nana. Неожиданной особенностью последовательности, полученной от пациента, стало наличие трех однонуклеотидных вставок в пределах 12 пар оснований в высококонсервативном домене (база данных консервативных доменов NCBI, cd01663) (рис. S4 в дополнительном приложении ), что соответствовало вредной мутации.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ
Глубокое секвенирование образца от пациента позволило получить 10,2 миллиона парных прочтений длиной 150 п.н. После удаления загрязняющих последовательностей человеческого происхождения осталось 1,7 миллиона прочтений, из которых 1,4 миллиона картировались на референсный геном
H. nana с покрытием 53%, при среднем покрытии 2,4 раза на основание (исключая области с нулевым покрытием). Из контрольного образца
H. nana было картировано 7,1 миллиона прочтений с покрытием 93%, при среднем покрытии 7,0 раз на основание.
Амплификации были обнаружены путем оценки геномных регионов, которые имели повышенное покрытие в биопсийном образце по сравнению с контрольным образцом. Оба экзона гена, кодирующего лизосомально-ассоциированный мембранный белок 2 (
LAMP2 ), предсказанного на основе гомологии с аннотированным геномом
H. microstoma , присутствовали в двух из четырех наиболее представленных контигов и скаффолдов (увеличение в 13 раз в одном случае и в 25 раз в другом). Множественные последовательности расщепленных прочтений в пределах этих консервативных регионов присутствовали в образце от пациента, но отсутствовали в контрольном образце, что согласуется со сложной геномной перестройкой и амплификацией. Аналогичные изменения наблюдались и в других регионах без предсказанных гомологичных генов.
Анализ мест вставки выявил шесть вставочных мутаций (таблица S2 в дополнительном приложении ), пять из которых были связаны с генами, кодирующими белки, предсказанными на основе гомологии с
H. microstoma . Предполагаемые гены включали транскрипционный регулятор
PHF10 /
BAF45a (участвующий в развитии), ген, кодирующий протеинкиназу ULK2 (участвующий в аутофагии), предполагаемый транскрипционный фактор с цинковым пальцем C2H2, ген, кодирующий актин-связывающий белок IPP, и ген, кодирующий новый белок. Гомологи трех из этих генов —
PHF10 ,
ULK2 и
IPP — у млекопитающих были изучены при раке (таблица S3 в дополнительном приложении ). Кроме того, четыре из пяти генов
H. microstoma имеют дифференциальную экспрессию между личиночными и взрослыми тканями.