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Die schwere Malariaanämie stellt in endemischen Ländern bei Kindern bis 5 Jahren mit P. falciparum-Infektionen eine der Hauptkomplikationen mit hoher Mortalitätsrate dar. Ein besseres Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen, mit denen P. falciparum die schwere Malariaanämie auslöst, ist eine unausweichliche Vorbedingung zur Ergreifung geeigneter Gegenmaßen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Genexpression der mononukleären Knochenmarkzellen von Kindern im Alter von 1 bis 6 Jahren mit schwerer Malariaanämie infolge einer P. falciparum-Infektion und ihren altersgleichen Kontrollgruppen. Dabei sollte die Regulation von Genen der Erythropoese in der Akutphase der Erkrankung und der Rekonvaleszenz verglichen werden. Darüber hinaus sollten Malariapatienten mit schwerer Anämie jenen ohne Anämie gegenüber gestellt werden. Dazu wurden genomweite Expressionsanalysen mittels Oligonukleotidarrays im Knochenmark der Studienpatienten durchgeführt. Eine Auswahl von differentiell exprimierten, Erythropoese-relevanten Genen wurde anschließend mittels Real Time PCR des gesamten Probenkollektivs validiert und quantifiziert. Die Auswertung der klinischen und laborchemischen Daten zeigte ein homogenes Bild der drei Patientengruppen, die sich nur hinsichtlich der zur Gruppenbildung herangezogenen Anämieparameter, des Laktatwertes, MODS-Score und der Milzgröße unterschieden. Der einheitliche Parasitämieverlauf belegte eindrucksvoll, dass die unterschiedlichen Anämiegrade der drei Gruppen nicht auf verschieden hohen Parasitämien beruhen. Die Daten suggerierten das Vorliegen einer Störung der Erythropoese unter Krankheitseinwirkung, die nach der Parasitenelimination einen zeitlich verzögerten, kompensatorischen Anstieg der Retikulozyten und CD71-positiven Zellen mit darauf folgendem Hämoglobinanstieg nach sich zieht. Mithilfe der Ingenuity Pathway Analyse der Mikroarraydaten und einschlägigen Literatur wurden 14 Erythropoese-relevante Kandidatengene ausgewählt, wovon 11 bei der Validierung mittels Real Time PCR ein eindeutig höheres Expressionsniveau in der Gruppe A der schwer anämischen Patienten zeigten. Im Rahmen der untersuchten Genauswahl ließ sich somit keine Störung der Erythropoese auf Transkriptionsebene feststellen. Ob andere Gene eine pathophysiologisch bedeutsame Rolle spielen, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen.
Background: Falciparum Malaria, an infectious disease caused by the apicomplexan parasite Plasmodium falciparum, is among the leading causes of death and morbidity attributable to infectious diseases worldwide. In Gabon, Central Africa, one out of four inpatients have severe malarial anemia (SMA), a life-threatening complication if left untreated. Emerging drug resistant parasites might aggravate the situation. This case control study investigates biomarkers of enhanced hemolysis in hospitalized children with either SMA or mild malaria (MM). Methods and Findings: Ninety-one children were included, thereof 39 SMA patients. Strict inclusion criteria were chosen to exclude other causes of anemia. At diagnosis, erythrophagocytosis (a direct marker for extravascular hemolysis, EVH) was enhanced in SMA compared to MM patients (5.0 arbitrary units (AU) (interquartile range (IR): 2.2–9.6) vs. 2.1 AU (IR: 1.3–3.9), p<0.01). Furthermore, indirect markers for EVH, (i.e. serum neopterin levels, spleen size enlargement and monocyte pigment) were significantly increased in SMA patients. Markers for erythrocyte ageing, such as CD35 (complement receptor 1), CD55 (decay acceleration factor) and phosphatidylserine exposure (annexin-V-binding) were investigated by flow cytometry. In SMA patients, levels of CD35 and CD55 on the red blood cell surface were decreased and erythrocyte removal markers were increased when compared to MM or reconvalescent patients. Additionally, intravascular hemolysis (IVH) was quantified using several indirect markers (LDH, alpha-HBDH, haptoglobin and hemopexin), which all showed elevated IVH in SMA. The presence of both IVH and EVH predicted the need for blood transfusion during antimalarial treatment (odds ratio 61.5, 95% confidence interval (CI): 8.9–427). Interestingly, this subpopulation is characterized by a significantly lowered reticulocyte production index (RPI, p<0.05). Conclusions: Our results show the multifactorial pathophysiology of SMA, whereby EVH and IVH play a particularly important role. We propose a model where removal of infected and non-infected erythrocytes of all ages (including reticulocytes) by EVH and IVH is a main mechanism of SMA. Further studies are underway to investigate the mechanism and extent of reticulocyte removal to identify possible interventions to reduce the risk of SMA development.
