Virologia clinica

Virologia clinica

Retrovirus

Si tratta di una famiglia di virus molto grande e che ha delle proprietà patogenetiche estremamente variabili. I retrovirus possono indurre:

• Tumori rapidi e aggressivi
• Tumori con lunga latenza
• Malattie neurologiche
• Immunodeficienze
• Infezioni asintomatiche

I retrovirus che infettano l’uomo sono quattro: due appartengono alla sottofamiglia dell’HIV e due alla sottofamiglia dell’HTLV. Vengono chiamati rispettivamente HIV1 / HIV2 e HTLV1 / HTLV2.

Sono virus con un genoma a RNA monocatenario a polarità positiva ma presente in duplice coppia (diploide) all’interno del virione. Sono provvisti di envelope e hanno una replicazione molto particolare che prevede il passaggio in un intermedio a DNA con morfologia varia. Sono classificati sia in base al tropismo tissutale sia in base alla morfologia del virione, in quattro famiglie:

• Oncovirus: Vi appartiene l’HTLV
• Lentivirus: Vi appartiene l’HIV
• Spumavirus
• Virus endogeni

Virus HTLV

Il virus HTLV è il virus T linfotropico dell’uomo. È associato ad alcune patologie tra cui:

• Leucemia
• Linfoma a cellule T nell’adulto: malattia rara e aggressiva
• Encefalomiopatie croniche, tra cui la paraparesi spastica tropicale

Il virus HTLV è distribuito prevalentemente in alcune regioni, tra cui alcune regioni dell’Asia (es. Giappone), nell’Africa Subsahariana, nelle Isole Caraibiche e in America Centrale e Meridionale.

Virus HIV

Il virus HIV invece è ubiquitario con alcune zone ad alta endemia, quali Africa e Asia (soprattutto l’India). Anche in Europa e nell’America del Nord il virus HIV è comunque molto diffuso.

Caratteristiche principali

• Virioni sferici (80-100 nm) dotati di envelope
• Genoma costituito da due filamenti lineari di RNA a polarità positiva.
• A tale RNA è associato un enzima unico (condiviso anche da un altro virus, ovvero il virus dell’epatite B, che vedremo fra poco) che è la trascrittasi inversa. Tale enzima è, in altre parole, una DNA polimerasi RNA dipendente. Si tratta di un enzima che le cellule di mammifero e le cellule batteriche non hanno. Queste cellule infatti hanno solo DNA polimerasi DNA dipendenti.
• La trascrittasi inversa serve ai retrovirus per trasformare un filamento di RNA in un filamento di DNA che poi viene reso a doppia elica da parte di enzimi cellulari.

In seguito, si ha l’integrazione del genoma virale nei cromosomi umani. La replicazione infatti prevede un passaggio da RNA a DNA e da DNA a DNA doppio filamento, con infine un’integrazione del DNA, che viene chiamato provirale o provirus, nel genoma della cellula ospite.

Epidemia globale di HIV (2018)

Si stima che le persone, nel 2018, HIV positive siano circa 38 milioni. Solo nel 2018 ci sono state 1.700.000 nuove infezioni. Le morti HIV correlate, ovvero correlate alla patologia che è l’AIDS, sono state 770.000.

Nel report del 2018 l’Istituto Superiore di Sanità mette in evidenza alcuni punti chiave delle nuove diagnosi di infezione da HIV in Italia:

• L’incidenza (numero di casi sulla popolazione totale) è in diminuzione dal 2012.
• L’incidenza è più alta nella fascia di età 25-29 anni rispetto alle altre fasce di età.
• Le principali modalità di trasmissione sono i rapporti eterosessuali e i contatti tra maschi che fanno sesso con maschi (MSM).
• Si osserva un lieve decremento nel numero annuo delle nuove diagnosi di AIDS.
• Il numero di decessi in persone con AIDS rimane stabile.

La situazione italiana

Un dato importante è invece che non si osserva una diminuzione delle nuove diagnosi fatte in uno stadio avanzato della patologia. Nell’immagine si può osservare la media italiana confrontata con quella dell’Unione Europea. Risulta evidente che l’Italia ha un numero di nuove diagnosi fatte in uno stato della patologia avanzato più alto rispetto a quello dell’Unione Europea. Ciò deriva dal fatto che molti soggetti non sono consapevoli di essere HIV positivi.

Si stima che in Italia la proporzione dei soggetti inconsapevoli di essere HIV positivi sia all’incirca il 25%. Tale percentuale è al di sotto della media europea ma al di sopra di altri Stati più virtuosi come la Svezia e la Danimarca. Si stima infatti che, nonostante la percentuale dei soggetti inconsapevoli (evidenziata in rosso) sia solo il 25%, questa percentuale della popolazione è responsabile di più della metà delle nuove trasmissioni, soprattutto a carattere sessuale. Ciò deriva dal fatto che il soggetto inconsapevole non prende protezioni o non assume comportamenti a sfavore della trasmissione.

Vie di trasmissione del virus dell'HIV

Le principali vie di trasmissione del virus dell’HIV sono:

• Trasmissione parenterale: Tale trasmissione riguarda lo scambio di sangue o di suoi derivati. Si verifica per trasfusioni, uso di siringhe in comune, punture d’ago e addirittura tatuaggi (se le attrezzature non vengono adeguatamente sterilizzate).
• Sessuale
• Perinatale: La trasmissione perinatale avviene sia durante la vita intrauterina sia alla nascita e, in minor misura (se ne sta ancora discutendo) durante il puerperio (periodo di tempo che intercorre tra l'espletamento del parto e il ritorno alla normalità degli organi genitali femminili) e l’allattamento.

Vie di trasmissione diverse hanno una diversa efficienza nel trasmettere l’infezione. Ciò deriva dal fatto che la quantità di virus nei diversi fluidi biologici è molto variabile. Nell’immagine possiamo osservare la stima del numero di virioni in 1mL di fluido corporeo. Nel sangue e nei suoi derivati (plasma e siero) si stima che in un mL vi siano circa 18.000 virioni del virus HIV. Tali dati si riferiscono ovviamente alla condizione in cui non si siano già intrapresi dei percorsi terapeutici per combattere tale virus. Nel liquido seminale vi sono 11.000 virioni/mL mentre nei fluidi vaginali si hanno 7.000 virioni/mL. Ciò ci indica che l’infezione da maschio a femmina è più efficiente. Nel liquido amniotico la quantità di virus si riduce ulteriormente. Pertanto, la via di trasmissione verticale in utero è meno efficiente di quella parenterale e di quella sessuale. Nella saliva la quantità di virus è veramente molto bassa per cui la trasmissione del virus HIV attraverso la saliva è altamente improbabile.

Struttura di HIV

Il virus HIV è un virus a RNA, con un singolo filamento presente in duplice copia all’interno del capside. Il capside ha forma elicoidale ed è provvisto di envelope. Sull’envelope vi sono delle glicoproteine specifiche che mediano l’ingresso del virus nella cellula ospite. Questi spike proteici sono costituiti da due componenti glicoproteiche:

• Glicoproteina gp120 (rappresentata in blu) -> Il numero 120 indica il peso della glicoproteina. È una glicoproteina globulare e superficiale.
• Glicoproteina gp41 (rappresentata in verde) -> È una glicoproteina transmembrana.

Entrambe queste proteine sono necessarie per l’ingresso del virus nella cellula target.

Patogenesi dell'HIV

L’infezione inizia quando il virus, attraverso la glicoproteina di superficie gp120 (rappresentata in arancione) si lega alla molecola recettoriale CD4. Il recettore CD4 è presente sui linfociti T-helper, che vengono appunto chiamati CD4 positivi, ma anche su altre cellule. Per esempio, il recettore CD4 è presente sui macrofagi e su alcune cellule dendritiche. Il legame tra gp120 e il recettore CD4 non è però sufficiente a favorire l’ingresso del virus nella cellula. È infatti necessario l’ingaggio di un corecettore (in verde). Esistono due tipi di corecettori:

• CCR-5: espresso preferenzialmente sui monociti macrofagi
• CXCR4: espresso prevalentemente sui linfociti T

Il legame della gp120 con recettore e corecettore favorisce un cambiamento conformazionale che porta all’esposizione dell’altra parte dello spike, ovvero della proteina gp41. La proteina gp41 è anche chiamata peptide fusogeno in quanto media la fusione dell’envelope virale con il doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare della cellula target. In seguito a questa fusione il nucleocapside viene portato nel citoplasma della cellula target.

Ciclo replicativo

In seguito all’ingresso del nucleocapside nel citoplasma della cellula si ha la liberazione dell’RNA virale (rappresentato in figura come elica arancione, HIV RNA). Questo RNA viene retrotrascritto in DNA. Il DNA viene reso a doppia elica ed è quindi importato nel nucleo. Nel nucleo un altro enzima virale, l’integrasi, permette a questo provirus (DNA a doppia elica) di integrarsi nel DNA dell’ospite. A tempi diversi poi, a seconda di dove si è integrato il DNA virale, il DNA viene trascritto in RNA. Tale RNA da una parte funge da genoma virale mentre dall’altra viene utilizzato per la produzione delle proteine virali. L’RNA viene quindi tradotto in un’unica poliproteina che poi viene divisa nelle diverse proteine funzionali da un altro enzima fondamentale virale, ovvero la proteasi. La proteasi quindi taglia la poliproteina dando origine a proteine strutturali e non strutturali che poi vengono assemblate a formare i nuovi virioni. I nuovi virioni infine vengono rilasciati per gemmazione nell’ambiente esterno.

Storia naturale dell'infezione da HIV

Per storia naturale di un’infezione si intende il decorso dell’infezione in assenza di terapia farmacologica. La storia naturale dell’infezione da HIV è rappresentata nello schema qui riportato. Andamento del virus: Analizziamo l’evoluzione della concentrazione del virus nel torrente circolatorio e nei tessuti periferici. All’inizio, quando il virus entra nell’ospite, si ha una prima fase di intensa replicazione. Si ha quindi una fase in cui il numero di particelle virali sale moltissimo. Segue una seconda fase in cui il virus non è riscontrabile a livello del torrente circolatorio. Questa fase di latenza virale, in cui il virus non è scomparso ma è semplicemente sequestrato a livello linfonodale e pertanto non si riscontra a livello periferico, può avere una lunghezza variabile di alcuni mesi, fino ad arrivare ad alcuni anni. Dopodiché, a un certo punto, il virus torna a replicarsi intensamente e ad essere riscontrabile a livello periferico.

Andamento dei linfociti CD4 positivi

Passiamo ora ad analizzare come evolve la percentuale di linfociti CD4 (T-helper) presenti nell’organismo. All’inizio, in corrispondenza dell’intensa replicazione, si osserva un decremento del numero dei linfociti CD4 positivi. In seguito, però, i linfociti CD4 positivi ritornano a livelli nella normalità. Nel tempo però, nonostante il virus non sia riscontrabile a livello periferico, i linfociti CD4 cominciano a decrescere, fino ad arrivare a un livello minimo. Il livello minimo, che di solito è al di sotto dei 200 CD4/ml³ di sangue, coincide con lo stadio 3 della malattia. In questa fase si ha l’immunodeficienza. In altre parole, il numero di linfociti CD4 è talmente basso che il soggetto non è in grado di far fronte ad eventi infettivi anche banali.

Andamento degli anticorpi anti-HIV

In poche settimane gli anticorpi anti-HIV vengono sviluppati. In particolare, si sviluppano prima le IgM e poi le IgG. Questi anticorpi sono anticorpi non neutralizzanti ovvero non sono in grado di neutralizzare l’ingresso del virus all’interno di nuove cellule. Ciò deriva dal fatto che le glicoproteine virali, ed in particolare la gp120, sono altamente variabili e per cui gli anticorpi, nonostante si siano formati a seguito dell’infezione virale, non sono in grado di neutralizzare l’ingresso dei nuovi virioni formati in quanto le glicoproteine di superficie sono sempre un po’ diverse. Dal punto di vista dei sintomi, invece, la prima infezione, laddove sintomatica, si mostra come un’infezione acuta simil influenzale. Nel periodo di latenza clinica solitamente non vi sono sintomi ma, a mano a mano che il numero di CD4 diminuisce, cominciano ad aumentare le infezioni che possiamo definire sentinella, ovvero infezioni che nell’ospite immunocompetente non danno sintomi gravi ma che li danno nell’ospite immunocompromesso. Le infezioni sentinella pertanto, come dice il nome stesso, costituiscono un utile campanello d’allarme. In alternativa, compaiono infezioni da patogeni opportunisti, ovvero che non danno patologia nell’immunocompetente ma che danno patologia nell’immunocompromesso. Questo è particolarmente evidente nell’ultimo stadio della malattia, dove compaiono altre caratteristiche cliniche come per esempio la demenza associata all’AIDS. La demenza associata all’AIDS è un deterioramento cognitivo cronico dovuto all'infezione cerebrale da parte dell'HIV.

Terapia anti HIV

La terapia anti-HIV, oggi chiamata HAART (Highly Active AntiRetroviral Therapy) si basa sull’associazione di più farmaci che sono volti a mantenere la replicazione virale bassa, o addirittura nulla, in modo tale che il numero di CD4 rimanga elevato e non porti a tutte quelle patologie infettive opportunistiche di cui abbiamo parlato in precedenza. I farmaci anti-HIV hanno come target principali alcune proteine virali ovvero la trascrittasi inversa, la proteasi, l’integrasi e così via. In alcuni casi si stanno sperimentando anche nuove strategie inerenti all’utilizzo di anticorpi monoclonali contro gli antirecettori, in principal modo il CCR5.

In particolare, per quanto riguarda gli inibitori della trascrittasi inversa e gli inibitori delle proteasi, si ha che:

• Inibitori della trascrittasi inversa:
  • Analoghi dei nucleosidi (si legano al DNA virale)
  • Non nucleosidi