Dzień dobry

Dziś artykuł o tym, jak Borelioza blokuje układ immunologiczny , by wejść w stan przewlekły i uniknąć wyleczenia....

Wstęp

Borrelia burgdorferi jest bakterią spiralną odpowiedzialną za rozwój boreliozy, choroby o zróżnicowanym obrazie klinicznym, która może obejmować układ nerwowy, serce, stawy oraz skórę. Bakteria ta posiada unikalny zestaw białek powierzchniowych, które umożliwiają jej przyłączanie do komórek gospodarza i przemieszczanie się w tkankach. Do najważniejszych białek powierzchniowych należą między innymi:

·                OspA i OspC – białka związane z adaptacją do środowiska kleszczy oraz gospodarza,

·                DbpA – białko wiążące proteoglikany i przyczyniające się do kolonizacji tkankowej,

·                BBA64 – białko związane z przyłączaniem się do komórek endotelialnych,

·                RevA – białko o mniej istotnej roli w porównaniu z powyższymi,

·                P66 – białko, które nie tylko umożliwia przyłączanie do komórek, ale również modyfikuje sygnalizację komórkową.

W niniejszym artykule przeanalizujemy wpływ białek bakterii Borrelia Burgdorferi na aktywność różnych szlaków sygnalizacyjnych komórek, ze szczególnym uwzględnieniem ścieżek p38, JNK, ERK1/2, cAMP/PKA oraz PI3K/Akt. Dlaczego właśnie te ścieżki sygnalizacyjne postanowiłem przejrzeć? Ponieważ te szlaki sygnalizacyjne obsługują prawidłową i adekwatną reakcję komórki na większość bodźców środowiskowych, w tym na infekcje wewnątrzkomórkowe. W swoim artykule opublikowanym we Frontiers in Immunology w IV 2025 omówiłem wpływ tych ścieżek sygnalizacyjnych na rozwój przewlekłego zapalenia ze szczególnym uwzględnieniem wpływu na autofagię, jako punktu wspólnego rozwoju większości chorób autoimmunologicznych, przewlekłych infekcji wewnątrzkomórkowych i chorób neurodegeneracyjnych. Ścieżki te oddziałują również w różny sposób na autofagię (pobudzająco lub hamująco). Dlatego jest istotnym pytaniem badawczym, czy różne białka bakterii Borrelia również oddziałują hamująco na autofagię przez przestrojenie tych ścieżek sygnalizacyjnych? Dla przykładu wirus SARS-CoV-2 wywołujący COVID-19 oddziałuje hamująco na autofagię w kilkunastu mechanizmach molekularnych. Inne wirusy np. EBV, które mają tendencję do uprzewlekniania się, również działają hamująco na ten proces. Dlatego pytanie, czy Borrelia nie wykorzystuje tego mechanizmu by wejść w fazę przewlekłą, również jest jak najbardziej na miejscu.

Dla przypomnienia: działanie głównie pobudzające na autofagię mają ścieżki: p38, JNK, AMPK, STAT1, STAT2. Działanie głównie hamujące mają STAT3 i STAT5, PI3K/Akt oraz cAMP/PKA. Działanie zmienne zależne od kontekstu metabolicznego ma ścieżka ERK1/2: w warunkach głodzenia – pobudzające, a w warunkach podziałów komórkowych – hamujące. Ponadto można jeszcze osobno omówić działanie czynników transkrypcyjnych sumujących działanie różnych ścieżek. Nrf2 i HIF1a działają głównie pobudzająco na autofagię, NFkB – we wczesnej reakcji immunologicznej – pobudzająco, a w stanie przewlekłym - hamująco. Wymienić trzeba jeszcze tlenek azotu NO – główną cząsteczkę wolnorodnikową produkowaną w celu bezpośredniego zabicia komórek Borellii w komórce. W fizjologicznych dawkach działa on pobudzająco na autofagię, natomiast gdy jego poziom jest zbyt wysoki – zaczyna uszkadzać komórkę i jej różne mechanizmy regulacyjne i wtedy zaczyna działać hamująco.

Z punktu widzenia „logiki” ewolucji, można by się spodziewać, że bakteria Borrelia po wniknięciu do komórki również będzie działać hamująco na autofagię modulując działanie powyższych ścieżek, by móc umościć sobie gniazdko wewnątrz komórki i nie być posprzątaną i odstawioną do strawienia w autofagosomach...

Przestrojenia metabolizmu wewnątrzkomórkowego przez Borrelię

Badań na ten temat nie ma zbyt dużo, jednak udało mi się dotrzeć do kilku.

Pierwsza i najwazniejsza to praca LaFrance i wsp.  z 2011 “The Borrelia burgdorferi integrin ligand P66 affects gene expression by human cells in culture”, w której omówione jest działanie jednego z białek Borrelii (p66) na wybrane elementy metabolizmu.

Badanie pokazało, że białko Borelii p66 hamuje aktywność ścieżek p38 i JNK – głównych ścieżek prozapalnych i włączających reakcję wewnątrzkomórkową na obecność patogenu. Ścieżki te powinny być pobudzone w warunkach obecności patogenu w komórce. Pobudzają one produkcję wody utlenionej i tlenku azotu, które nakręcają spiralę oksydacyjno-zapalną  umożliwiając usunięcie patogenów z komórki. p38 nie jest wzbudzane a JNK jest nawet wyhamowane względem stanu spoczynkowego pod wpływem boreliozowego białka p66.

Kinaza p38

Ścieżka p38 jest kluczowym elementem szlaku sygnałowego aktywowanego po zetknięciu z patogenami (np. Borrelia). Zablokowanie p38 w makrofagach znacząco zmniejsza produkcję  MCP-1  – chemokiny przyciągającej komórki iNKT (invariant Natural Killer Cells – pierwsze komórki przybywające na miejsce zapalenia) oraz produkcję CD1d – cząsteczki prezentującej antygeny lipidowe i aktywującej iNKT. Efektem obniżonej ekspresji CD1d i MCP-1 jest słabsze przyciąganie i aktywacja iNKT w miejscu zakażenia oraz mniejsza produkcja interferonu IFN-γ, co obniża zdolność kontroli zakażenia na wczesnym etapie. Zablokowanie tej kinazy u myszy spowodowało cięższy przebieg infekcji Borrelią.

JAK/STAT

Układ JAK/STAT to dość złożony układ ścieżek sygnalizacyjnych. Mogą powstawać różne kombinacje połączenia białek JAK i STAT:  JAK1, JAK2, JAK3 i TYK2 vs. STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b i STAT6. Tworzą one 7 głównych szlaków różniących się głównie białkiem STAT. Są one aktywowane przez różne cytokiny i mają one odmienne działanie na różne aspekty i elementy układu immunologicznego. Pobudzające autofagię są głównie JAK1 i JAK2, a hamujące - głównie JAK3 i JAK5. W badaniu LaFrance wykazano, że ścieżka JAK1, główna ścieżka aktywująca autofagię poprzez interferon γ  jest hamowana przez białko p66. Hamowana, tzn. nie wzbudza się również ścieżka JAK2. Tak więc dwie wazne ścieżki aktywacji autofagii są osłabiane przez p66.

Dalsze mechanizmy molekularne działania białka p66

Hamowanie białka TAOK2. białko to aktywuje JNK, a jak pisałem, JNK jest ważnym aktywatorem autofagii.

Aktywacja fosfolipazy A2 grupy II i V. Fosfolipazy A2 (PLA2) to rodzina enzymów hydrolizujących fosfolipidy błonowe w pozycji sn-2, prowadząc do uwolnienia kwasu arachidonowego  – prekursora eikozanoidów (prostaglandyn, leukotrienów) oraz lizofosfolipidów – modulujących sygnalizację komórkową. Ich działanie jest silnie prozapalne, jednak działanie na autofagię jest hamujące poprzez aktywację ścieżki TLR2/TLR4→NFkB→mTOR. Działanie takie opisane jest m.in. w gruźlicy – chorobie nieco podobnej w swoim przebiegu do boreliozy ze względu na podobną przewlekłość infekcji.

Białka ROCK1 i PPP1R12A. Białka te odgrywają rolę w regulacji struktury cytoszkieletu komórki, jednak działają również na autofagię. Oba białka są wyhamowane przez p66. Jednak ich działanie na autofagię jest przeciwne. ROCK1 głównie hamuje a PPP1R12A głównie pobudza autofagię. Ich działania się więc  w jakimś stopniu znoszą, choć w obecności patogenu  aktywność PPP1R12A powinna być większa a jest mniejsza, więc jego działanie hamujące autofagię wydaje się przeważać nad pobudzającym działaniem ROCK1.

 Białko RAC1. Jest to GTP-aza należąca do rodziny Rho GTPaz. RAC1 pełni kluczową rolę w regulacji cytoszkieletu aktynowego, migracji komórek, odpowiedzi zapalnej, fagocytozy oraz autofagii. W przypadku obecności patogenu w komórce białko to powinno być wzbudzone a przy obecności p66 - nie jest. Jego działanie na autofagię jest głównie pobudzające. Widzimy więc, że zablokowany jest jeden ze szlaków aktywacji autofagii i fagocytozy. (dla przypomnienia: autofagia działa wewnątrzkomórkowo, fagocytoza – zewnątrzkomórkowo).

Białko HSP72. Jest to członek rodziny białek szoku cieplnego HSP70, który pełni funkcje chaperonowe – tzn. stabilizuje inne białka, zapobiega ich agregacji i wspomaga ich prawidłowe fałdowanie a więc i prawidłowe działanie. Indukowany  jest różnymi bodźcami stresowymi, w tym infekcją wewnątrzkomórkową.  Jego działanie na autofagię jest głównie pobudzające. Działa poprzez aktywację ścieżki AMPK → ULK1, inhibicję mTORC1, stabilizację LC3-II i Beclin-1 (głównych białek inicjujących autofagię), intrackję z białkami BAG3 i CHIP aktywując autofagię poprzez ścieżkę zwaną ‘chaperone-mediated autophagy’. W przypadku obecności białka boreliozowego p66 jego aktywność nie wzrasta tak jak powinno. Wyhamowana jest więc kolejna ścieżka aktywacji autofagii w odpowiedzi na obecność patogenu w komórce.

Białko NOS2A. Jest to enzym wytwarzający tlenek azotu NO, główną cząsteczkę zabijającą bezpośrednio patogeny w komórce. Jego aktywność zamiast wzrosnąć w obecności patogenu, w obecności białka boreliozowgo p66 - maleje. Słabnie więc siła zabijania bakterii borelii w komórce. Pamiętamy, że tlenek azotu w fizjologicznych stężeniach jest aktywatorem autofagii, słabnie więc kolejna ścieżka aktywacji autofagii.

Białko TNFAIP3. Jest to negatywny regulator odpowiedzi zapalnej, hamuje ono aktywację prozapalnych czynników transkrypcyjnych NF-κB, AP-1 oraz szlaków zapalnych zależnych od TLR, TNFR i IL-1R. Jego aktywność nie powinna się wiele zmieniać w czasie infekcji wewnątrzkomórkowej jednak wzrasta od wpływem białka p66 osłabiając szeroko rozumianą odpowiedź zapalną i stresooksydacyjną przeciw patogenowi.

Białko F2RL3. Główna funkcja tego białka związana jest z układem krzepnięcia – wspiera agregację płytek krwi. W kontekście stanu zapalnego działa on prozapalnie poprzez szereg ścieżek sygnalizacyjnych, z których niektóre pobudzają (p38) a niektóre hamują autofagię (ERK, NFkB). Jego aktywność powinna być nieco podwyższona w obecności patogenu a jest obniżona w obecności białka p66, przez co zmniejsza się nieco szeroko rozumiana odpowiedź zapalno-oksydacyjna przeciw patogenom wewnątrzkomórkowym.

Inne publikacje

Wszystkie poprzednie analizy pochodzą z jednej tylko publikacji LaFrance z 2011. Skąd inąd może nieco zadziwiać, że nikt do tej pory nie przeprowadził takiej analizy zarówno tych jak i wielu innych białek, których aktywność zmienia się pod wpływem obecności białka p66, na zdolność bakterii do wyhamowania kluczowych ścieżek sygnalizacyjnych niezbędnych do obrony organizmu przed patogenami.

W dalszej kolejności przeanalizowałem kilka dalszych publikacji opisujących wpływ obecności bakterii Borrelia jak również śliny kleszcza na aktywację dwóch innych ważnych ścieżek sygnalizacyjnych: cAMP/PKA oraz PI3K/Akt.

Ścieżka PI3K/Akt

Szlak PI3K/Akt jest niezbędny dla funkcji komórek odpornościowych, w tym fagocytozy (sprzątanie form zewnątrzkomórkowych) oraz produkcji cytokin prozapalnych, takich jak TNF-α. Jego aktywacja jest innym kluczowym elementem sygnalizacji, umożliwiającym komórkom odpowiedź na mikroorganizmy. W badaniach nad boreliozą obserwowano, że aktywacja szlaku PI3K/Akt stanowi jeden z fundamentów odpowiedzi immunologicznej na infekcję. Jest to naturalne wzbudzenie szlaku w odpowiedzi na pojawiający się patogen.

Eksperymenty przeprowadzone na komórkach dendrytycznych wykazały, że stymulacja boreliozą skutkuje aktywacją szeregu kinaz, w tym kinazy Akt. Dane sugerują, że aktywacja ta jest zależna od szlaków MyD88 oraz TRIF, a efektem ubocznym jest indukcja produkcji cytokin prozapalnych. Bezpośrednia stymulacja przez Borrelię prowadzi również do aktywacji receptorów TLR, co uruchamia kaskadę sygnalizacyjną, obejmującą również szlak PI3K/AKT. Szlak PI3K/Akt działa hamująco na autofagię. Dlatego aktywacja tego szlaku skutkuje obniżeniem autofagii.

Ślina kleszcza tłumi aktywację ścieżki PI3K/Akt, co wydaje się mieć ważne znaczenie w początkowej fazie choroby, gdy bakteria po wprowadzeniu do organizmu człowieka pokonuje lokalne bariery immunologiczne. Badania wykonane przez Lieskovską pokazują, że ślina kleszcza znacząco wpływa na tłumienie aktywacji szlaku PI3K/Akt. W eksperymentach in vitro wykazano, że preinkubacja komórek dendrytycznych śliną kleszcza zmniejsza poziom fosforylacji kinazy Akt, co skutkuje osłabieniem odpowiedzi prozapalnej oraz że hamowanie aktywności PI3K/Akt przekłada się na upośledzenie procesu fagocytozy Borelii, a także zmienia profil produkcji cytokin, w szczególności obniżając produkcję prozapalnego TNF-α.

Ścieżka cAMP/PKA

Szlak sygnalizacyjny cAMP/PKA odgrywa ważną rolę w regulacji produkcji cytokin, w szczególności interleukiny 10 (IL-10). IL-10 jest cytokininą o działaniu immunosupresyjnym. Jest to jedna z głównych cytokin hamujących nadmierną reakcję zapalną. Ścieżka ta jest w szczególności ważna w warunkach gdy infekcja się kończy i trzeba wyciszyć wszystkie reakcje zapalne w organizmie. W odniesieniu do działania na autofagię, wykazuje głównie działanie hamujące, choć w niektórych kontekstach metabolicznych może działać pobudzająco. W badaniach przeprowadzonych na komórkach dendrytycznych układu nerwowego, zarówno bezpośrednia stymulacja Borrelią, jak i wpływ śliny kleszcza, wpłynęły na wzrost aktywacji szlaku cAMP/PKA, co przekłada się na wzrost poziomu produkcji IL-10. Działanie to jest więc zarówno wyhamowujące szeroką reakcję zapalną jak i autofagię.

Podsumowanie

Ten skromny przegląd literatury naukowej pozwala unaocznić, jak liczne mechanizmy obronne wykształciła Borrelia by uniknąć ataku ze strony układu immunologicznego gospodarza. Wykształciła też szereg innych mechanizmów na poziomie zmienności białek na swej powierzchni, by utrudnić wykrycie przez układ immunologiczny. Ten temat został przeze mnie rozwinięty w Biuletynie nr 2 i jest dostępny w Archiwum na stronie biuletyn-zdrowia.pl (dla osób, które już kiedyś dostały ten numer biuletynu i chciałyby by przeczytać nową wersję).

 Trzeba też pamiętać, że powyższy artykuł przestawia prawdopodobnie jedynie fragment tych mechanizmów obronnych, gdyż nie przebadano jeszcze dokładnie wpływu różnych innych białek Borrelii na metabolizm.

 Jak widzimy układ immunologiczny jest niezmiernie złożonym systemem walki z patogenem i rozwinął szereg równoległych ścieżek i procesów, by mimo wszystko pokonać patogen, jeśli ten zablokuje którąś z nich. Borrelia jednak jest pod tym kątem chyba mistrzem świata, gdyż blokuje bardzo dużą liczbę tych ścieżek, w każdym bądź razie wystarczająco dużą, by przejść w formę przewlekłej infekcji.

Co można zrobić?

 Standardowe terapie boreliozy skupiają się na antybiotykach, które jednak w wielu przypadkach nie są w pełni satysfakcjonujące. Osobnym problemem jest ocena, czy bakteria została w pełni usunięta z organizmu po zastosowanej terapii, skoro potrafi się doskonale kamuflować w organizmie.

 Z dotychczas przedstawionego obrazu wyłania się obraz, w jaki sposób można wspierać terapię boreliozy naturalnymi ziołami, co do których istnieje bardzo obszerna literatura naukowa dotycząca oddziaływania regulacyjnego na wymienione w artykule ścieżki sygnalizacyjne.

 W początkowej fazie trzeba przede wszystkim aktywować ścieżkę p38 oraz hamować ścieżkę cAMP/PKA, by wzmocnić obronę lokalną na poziomie skóry. Jednak jeśli patogen sforsuje te linię obrony i przejdzie w fazę przewlekłą?

Należy zauważyć, że różne ścieżki stanu zapalnego albo aktywują albo hamują autofagię, w zależności od kontekstu metabolicznego. W przewlekłym stanie zapalnym mamy do czynienia z nadmierną aktywacją tej części, która hamuje autofagię i z pewnym niedoborem tej części, która ją aktywuje. Dlatego działanie musi być nakierowane na hamowanie tych elementów, które hamują autofagię (np. NFkB, PI3K) i pobudzanie tych elementów, które ją aktywują (np. p38, JNK, AMPK, Nrf2, NO), gdyż z analizy wynika, że ta jest zasadniczo osłabiona, przez co komórka nie może się wyczyścić z patogenu. Będę te zagadnienia stopniowo omawiał w dalszych numerach biuletynu.

 Pozdrawiam

prof. UAM dr hab. inform., dr med. Krzysztof Piotr Michalak 

Literarura:

 

HABILITAČNÍ PRÁCE “Vliv klíštěcích slin na signalizaci v patogenem aktivovaných dendritických buňkách” Jaroslava Lieskovská, 2021, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Přírodovědecká fakulta.

 ADDIN EN.REFLIST Ford, L. and D. M. Tufts (2021). "Lyme Neuroborreliosis: Mechanisms of B. burgdorferi Infection of the Nervous System." Brain Sci 11(6).

            Lyme borreliosis is the most prevalent tick-borne disease in the United States, infecting ~476,000 people annually. Borrelia spp. spirochetal bacteria are the causative agents of Lyme disease in humans and are transmitted by Ixodes spp ticks. Clinical manifestations vary depending on which Borrelia genospecies infects the patient and may be a consequence of distinct organotropism between species. In the US, B. burgdorferi sensu stricto is the most commonly reported genospecies and infection can manifest as mild to severe symptoms. Different genotypes of B. burgdorferi sensu stricto may be responsible for causing varying degrees of clinical manifestations. While the majority of Lyme borreliae-infected patients fully recover with antibiotic treatment, approximately 15% of infected individuals experience long-term neurological and psychological symptoms that are unresponsive to antibiotics. Currently, long-term antibiotic treatment remains the only FDA-approved option for those suffering from these chronic effects. Here, we discuss the current knowledge pertaining to B. burgdorferi sensu stricto infection in the central nervous system (CNS), termed Lyme neuroborreliosis (LNB), within North America and specifically the United States. We explore the molecular mechanisms of spirochete entry into the brain and the role B. burgdorferi sensu stricto genotypes play in CNS infectivity. Understanding infectivity can provide therapeutic targets for LNB treatment and offer public health understanding of the B. burgdorferi sensu stricto genotypes that cause long-lasting symptoms.

Hawley, K., et al. (2012). "Macrophage p38 Mitogen-Activated Protein Kinase Activity Regulates Invariant Natural Killer T-Cell Responses During Borrelia burgdorferi Infection." The Journal of Infectious Diseases 206(2): 283-291.

            The interaction of macrophages with infectious agents leads to the activation of several signaling cascades, including mitogen-activated protein (MAP) kinases, such as p38. We now demonstrate that p38 MAP kinase–mediated responses are critical components to the immune response to Borrelia burgdorferi. The pharmacological and genetic inhibition of p38 MAP kinase activity during infection with the spirochete results in increased carditis. In transgenic mice that express a dominant negative form of p38 MAP kinase specifically in macrophages, production of the invariant natural killer T (iNKT) cell–attracting chemokine MCP-1 and of the antigen-presenting molecule CD1d are significantly reduced. The expression of the transgene therefore results in the deficient infiltration of iNKT cells, their decreased activation, and a diminished production of interferon γ (IFN-γ), leading to increased bacterial burdens and inflammation. These results show that p38 MAP kinase provides critical checkpoints for the protective immune response to the spirochete during infection of the heart.

Hovius, J. W., et al. (2008). "Salp15 binding to DC-SIGN inhibits cytokine expression by impairing both nucleosome remodeling and mRNA stabilization." PLoS Pathog 4(2): e31.

            Ixodes ticks are major vectors for human pathogens, such as Borrelia burgdorferi, the causative agent of Lyme disease. Tick saliva contains immunosuppressive molecules that facilitate tick feeding and B. burgdorferi infection. We here demonstrate, to our knowledge for the first time, that the Ixodes scapularis salivary protein Salp15 inhibits adaptive immune responses by suppressing human dendritic cell (DC) functions. Salp15 inhibits both Toll-like receptor- and B. burgdorferi-induced production of pro-inflammatory cytokines by DCs and DC-induced T cell activation. Salp15 interacts with DC-SIGN on DCs, which results in activation of the serine/threonine kinase Raf-1. Strikingly, Raf-1 activation by Salp15 leads to mitogen-activated protein kinase kinase (MEK)-dependent decrease of IL-6 and TNF-alpha mRNA stability and impaired nucleosome remodeling at the IL-12p35 promoter. These data demonstrate that Salp15 binding to DC-SIGN triggers a novel Raf-1/MEK-dependent signaling pathway acting at both cytokine transcriptional and post-transcriptional level to modulate Toll-like receptor-induced DC activation, which might be instrumental to tick feeding and B. burgdorferi infection, and an important factor in the pathogenesis of Lyme disease. Insight into the molecular mechanism of immunosuppression by tick salivary proteins might provide innovative strategies to combat Lyme disease and could lead to the development of novel anti-inflammatory or immunosuppressive agents.

LaFrance, M. E., et al. (2011). "The Borrelia burgdorferi integrin ligand P66 affects gene expression by human cells in culture." Infect Immun 79(8): 3249-3261.

            Borrelia burgdorferi, an agent of Lyme disease, establishes persistent infection in immunocompetent animals and humans. Although the infection in humans can be cleared by antibiotic therapy, persistence in reservoir animals is necessary for the maintenance of the bacterium in the natural reservoir host⇔tick vector infectious cycle. B. burgdorferi binds to β(1)- and β(3)-chain integrins, and the P66 outer membrane protein is responsible for at least some of the integrin binding activity of the spirochete. Because integrins are transmembrane, bidirectional signaling molecules, integrin binding may alter the nature of the host response to the bacteria. We used isogenic B. burgdorferi p66(+) and Δp66 strains to analyze the responses of cultured human cells to P66-integrin interaction during infection. Microarray results suggest that the response differs according to the cell type, infection time, and experimental conditions. Clusters of genes in functionally related categories that showed significant changes included proteins involved in cell-extracellular matrix interactions, actin dynamics, stress response, and immune responses. Integrin binding by P66 may therefore help B. burgdorferi establish infection by facilitating tissue invasion and modulating the activation of the immune system to other components of the bacteria, e.g., lipoproteins. These results provide insight into how B. burgdorferi is able to establish infection in immunocompetent hosts.

Rahman, S., et al. (2016). "Toll-like receptor cascade and gene polymorphism in host–pathogen interaction in Lyme disease." Journal of Inflammation Research 9: 91.

            Lyme disease (LD) risk occurs in North America and Europe where the tick vectors of the causal agent Borrelia burgdorferi sensu lato are found. It is associated with local and systemic manifestations, and has persistent posttreatment health complications in some individuals. The innate immune system likely plays a critical role in both host defense against B. burgdorferi and disease severity. Recognition of B. burgdorferi, activation of the innate immune system, production of proinflammatory cytokines, and modulation of the host adaptive responses are all initiated by Toll-like receptors (TLRs). A number of Borrelia outer-surface proteins (eg, OspA and OspB) are recognized by TLRs. Specifically, TLR1 and TLR2 were identified as the receptors most relevant to LD. Several functional single-nucleotide polymorphisms have been identified in TLR genes, and are associated with varying cytokines types and synthesis levels, altered pathogen recognition, and disruption of the downstream signaling cascade. These single-nucleotide polymorphism-related functional alterations are postulated to be linked to disease development and posttreatment persistent illness. Elucidating the role of TLRs in LD may facilitate a better understanding of disease pathogenesis and can provide an insight into novel therapeutic targets during active disease or postinfection and posttreatment stages.

Schmit, V. L., et al. (2011). "Analysis of Borrelia burgdorferi Surface Proteins as Determinants in Establishing Host Cell Interactions." Front Microbiol 2: 141.

            Borrelia burgdorferi infection causes Lyme borreliosis in humans, a condition which can involve a systemic spread of the organism to colonize various tissues and organs. If the infection is left untreated by antimicrobials, it can lead to manifestations including, arthritis, carditis, and/or neurological problems. Identification and characterization of B. burgdorferi outer membrane proteins that facilitate cellular attachment and invasion to establish infection continue to be investigated. In this study, we sought to further define putative cell binding properties of surface-exposed B. burgdorferi proteins by observing whether cellular adherence could be blocked by antibodies. B. burgdorferi mixed separately with monoclonal antibodies (mAbs) against outer surface protein (Osp) A, OspC, decorin-binding protein (Dbp) A, BBA64, and RevA antigens were incubated with human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and human neuroglial cells (H4). B. burgdorferi treated with anti-OspA, -DbpA, and -BBA64 mAbs showed a significant decrease in cellular association compared to controls, whereas B. burgdorferi treated with anti-OspC and anti-RevA showed no reduction in cellular attachment. Additionally, temporal transcriptional analyses revealed upregulated expression of bba64, ospA, and dbpA during coincubation with cells. Together, the data provide evidence that OspA, DbpA, and BBA64 function in host cell adherence and infection mechanisms.