HIV Pathogenesis: Current Understanding and Future Research
Il fine della lezione è di sintetizzare quali sono i nuovi sviluppi, le controversie e le lacune nella conoscenza nel campo della patogenesi dell'infezione da HIV e Gabuzda parla in generale, a livello di biologia dei sistemi, degli eventi temporali e dei processi patogenetici che caratterizzano l'infezione. A ciò è connessa una breve discussione sui reservoir virali e la considerazione delle inter-relazioni fra la disfunzione del sistema immunitario e le malattie che colpiscono altri organi.
La trasmissione dell'HIV avviene a livello delle mucose di superficie e le prime cellule target che vengono infettate sono i CD4 parzialmente attivati. Anche le cellule dendritiche possono svolgere un ruolo critico in questa primissima fase dell'infezione, poiché anche loro si trovano localizzate nelle mucose di superficie e i virioni si concentrano nelle cellule dendritiche e di lì si trasferiscono nei linfociti T circostanti. Si tratta di una trasmissione dell'infezione molto efficace e che produce una replicazione del virus altrettanto produttiva.
Poi l'infezione si diffonde verso i CD4 attivati, da cui si formano i primi reservoir virali nei tessuti linfoidi.
Data l'estrema variabilità genetica dei ceppi di HIV, una questione fondamentale è quali sono i ceppi che vengono trasmessi di preferenza a partire da un virus "fondatore" nelle persone appena infettate.
La slide che segue mostra un esempio della variabilità genetica del virus e indica alcune delle nuove scoperte che verranno presentate a questo CROI:
- 1. Si è visto che i virus “fondatori” che vengono trasmessi presentano una più alta infettività, maggiori quantità di proteina Env per particella virale, maggiore capacità di interagire con le cellule dendritiche e maggiore resistenza all’interferone-alfa durante la replicazione in vitro.
2. Un altro importante sviluppo in questo campo sono nuove conoscenze sulla struttura dei trimer della proteina Env: questo potrà farci capire meglio come sviluppare un vaccino e delle immunoterapie.
3. La trasmissione dell’HIV in persone che usano droghe per endovena presenta delle caratteristiche biologiche diverse rispetto alla trasmissione per via sessuale attraverso le mucose. Molte prove mostrano che la trasmissione attraverso le mucose è tipicamente mediata da un virus “fondatore”, mentre l’infezione trasmessa per via endovenosa molto probabilmente ha due o più virus “fondatori” per ogni evento di trasmissione. Inoltre, nelle persone che usano droghe per iniezione c’è un tasso di super-infezione più alto.
4. Un’altra questione che verrà affrontata durante il congresso riguarda la frequenza e gli effetti a lungo termine degli eventi di super-infezione, in cui un’infezione è seguita in un momento successivo da un’altra infezione, in un secondo evento di trasmissione. Si pensava che fosse un fenomeno relativamente raro, ma un ampio lavoro su donne africane ha trovato prove di parecchie persone con super-infezione e con accelerato aumento delle viremie e declino dei CD4.
5. Si parlerà poi dei reservoir di SIV che possono rappresentare ceppi ancestrali trasmessi agli esseri umani. In particolare, si parlerà dei reservoir nei gorilla, che possono costituire virus antenati degli HIV di ceppo P ed O.
6. Infine, verranno presentate nuove idee sulle barriere cellulari e dell’ospite alla trasmissione fra specie diverse.
La cinetica dell’infezione da HIV è caratterizzata da un’esplosione iniziale della viremia, che può arrivare a un milione di copie di virus per millilitro di sangue un paio di settimane dopo l’infezione. Questa poi gradualmente diminuisce, fino a raggiungere il set point, che negli stadi iniziali è uno dei più importanti predittori del decorso dell’infezione, con alti set point associati a una progressione più rapida. Tuttavia, i fattori virali e dell’ospite che determinano il set point virale non sono ancora del tutto compresi.
Una questione importante è perché le iniziali risposte immuni dell’ospite non siano capaci di controllare l’infezione. Le ragioni sono diverse:
l’HIV attacca e distrugge i CD4, così la funzionalità dei linfociti T helper diminuisce;
ci sono molti meccanismi di escape immune, compresa l’escape virale precoce dalle reazioni CTL e dagli anticorpi neutralizzanti, che è mediata dall’alta variabilità genetica e dalla rapida evoluzione del virus all’interno di un ospite;
la capacità dell’HIV di integrarsi e di instaurare una infezione latente è un’altra ragione per cui il virus riesce a sfuggire dalle risposte immuni.
Durante le fasi iniziali dell’infezione, i maggiori reservoir si formano nei CD4, in particolare nei CD4 memoria centrali e nei CD4 memoria transitori, che formano dei reservoir nei linfonodi e nel tessuto linfoide associato all’intestino (GALT).
L’infezione precoce dei linfociti T più spesso comporta l’attivazione e la morte della cellula. Ma in una frazione minore dei linfociti T infetti il ciclo cellulare torna indietro a uno stato di quiescenza e forma un reservoir persistentemente infetto.
Durante il congresso, verranno presentati alcuni sviluppi in questo campo di ricerca. Nel simposio “Toward a Cure” si parlerà di un reservoir appena scoperto nei linfociti T memoria con caratteristica di cellule staminali (Tscm), che possono proliferare e auto-rinnovarsi; inoltre, si parlerà della caratterizzazione dettagliata del reservoir formato dei CD4 che, nello stesso paziente, può presentare caratteristiche diverse se localizzato nel sangue o nel GALT; si parlerà di nuovi modelli murini, che potranno essere utili nello studio della latenza e dell’eradicazione dei reservoir; e si parlerà degli effetti della ART molto precoce sulle dimensioni e la distribuzione dei reservoir sia negli uomini, sia nei modelli animali.
Un altro importante reservoir si forma nei macrofagi si localizza particolarmente nel cervello e forse anche nella milza e nel colon. Quello nel cervello è un reservoir che non solo può avere una durata assai lunga, ma è anche responsabile di disturbi cognitivi; invece il formarsi di un reservoir nei macrofagi della milza e del tratto gastrointestinale è meno ben caratterizzato, ma può diventare più importante nel momento in cui i CD4 target vengono distrutti.
Un argomento che verrà discusso al congresso è la questione ancora aperta se esistano ampi reservoir in altri tessuti, quali i polmoni e il fegato: alcuni gruppi di ricerca hanno trovato qualche prova che i macrofagi alveolari possano presentare un certo livello di infezione in alcune persone. Invece resta una questione aperta se le cellule di Kupfer nel fegato supportino un’infezione attiva in vivo.
Più avanti nel corso dell’infezione, gli eventi chiave sono localizzati soprattutto nell’intestino, dove si verifica una massiccia deplezione dei CD4 (ancora più estesa rispetto a quella che si verifica nei linfonodi). Questo si correla con altre disfunzionalità delle cellule del sistema immunitario, dai CD8 ai linfociti B, alle cellule Natural Killer, a quelle della linea mieloide (fenomeno dell’immuno-esaurimento: caratterizzato da un fenotipo caratterizzato da aumentate interazioni fra le molecole PD-1 e PD-L1 – una questione che verrà affrontata durante il congresso saranno proprio le nuove prove che un intervento contro l’asse PD-1/PD-L1 può avere effetti benefici sull’immunoattivazione e proteggere la funzionalità dei linfociti T).
Un evento fondamentale durante l’infezione da HIV è la patogenesi nel tessuto linfoide associato alla mucosa gastrointestinale. Gli eventi chiave qui sono la deplezione dei CD4 nell’intestino, che comporta una alterazione delle difese della mucosa. La distruzione della barriera epiteliale, infatti, può comportare la traslocazione di prodotti microbici dall’intestino nel sangue, che a sua volta può stimolare l’attivazione immunitaria sistemica.
Una questione che verrà ampiamente discussa durante il congresso è quella dei cambiamenti che si verificano nelle popolazioni microbiche dell’intestino, dei loro effetti sulla disregolazione di cellule quali le cellule dendritiche, i monociti e le NK non solo nei confronti dei batteri cattivi, ma anche nei confronti di quelli buoni, e degli effetti di certi probiotici sulla ripresa dei linfociti Th17 nei macachi.
Verranno poi discusse le nuove scoperte sul legame fra la distruzione del tessuto immunitario nell’intestino e l’attivazione immunitaria cronica.
Verranno inoltre discussi i diversi aspetti che causano attivazione immunitaria durante l’infezione da HIV:
la traslocazione microbica; la replicazione virale attiva; le risposte immuni dell’ospite contro l’HIV; la perdita della funzione immunoregolatoria delle cellule; la persistenza di elevati livelli di interferone; i co-fattori che possono peggiorare l’attivazione immunitaria (le co-infezioni, per esempio con CMV, HCV, forse anche elementi del cosiddetto “viroma” endogeno; l’abuso di sostanze quali cocaina, crack o metamfetamina, che si è visto che hanno la capacità di aumentare l’immunoattivazione).Ci sarà un intero simposio dedicato alla valutazione degli aspetti positivi e quelli negativi della risposta persistentemente alta dell’interferone durante tutto il corso dell’infezione.
Altri aspetti che riceveranno molta attenzione al CROI saranno quelli legati alle conseguenze dell’infiammazione cronica, con l’attivazione dei monociti e dei linfociti T associata all’aumento delle co-morbilità e alla ancora discussa accelerazione dei processi di invecchiamento (“Inflammaging”).
Un altro importante aspetto della patofisiologia dell’infezione, che contribuisce alle co-morbilità legate all’invecchiamento sono le anomalie metaboliche, che includono anche elementi non dipendenti dai farmaci antiretrovirali (infiammazione e deplezione dei CD4, co-infezione con HCV, altre morbilità).
L’interazione complessa fra i diversi sistemi d’organo che sono coinvolti nella regolazione metabolica è un nuovo campo di ricerca: alterazioni metaboliche possono aumentare l’infiammazione e, a sua volta, l’infiammazione può aumentare le alterazioni metaboliche. Per meglio comprendere queste relazioni così varie e complesse e poter così costruire dei modelli di relazioni causali è necessario riuscire a integrare una mole enorme di conoscenze e di dati.
Le principali questioni che rimangono aperte:
- Quali sono i meccanismi cellulari e dell’ospite che mediano la suscettibilità o la resistenza all’infezione, soprattutto nelle fasi iniziali?
Quali sono nei dettagli gli eventi iniziali che determinano il set point virale, la progressione della malattia e ciò che ne risulta dal punto di vista clinico?
La conoscenza che abbiamo delle cellule latentemente e produttivamente infette non è abbastanza dettagliata e gli strumenti tecnologici che abbiamo per misurare e caratterizzare i reservoir non sono abbastanza precisi.
Quali sono i principali meccanismi che scatenano l’attivazione immunitaria cronica?
Manca una comprensione a livello di sistema delle interazioni fra sistema immunitario e organi, o fra i sistemi d’organo, nelle diverse fasi di progressione dell’infezione.