Gli anticorpi antivirali costituiscono una componente importante della risposta immunitaria dell'ospite contro le infezioni virali e servono a neutralizzare e ridurre l'infettività del virus. Tuttavia, questi anticorpi, destinati a proteggere l'ospite, possono talvolta rivelarsi vantaggiosi per il virus, facilitando l'ingresso e la replicazione virale nella cellula bersaglio. Questo fenomeno, noto come potenziamento anticorpo-dipendente (ADE) dell'infezione, è il risultato dell'interazione dei complessi immunitari virus-anticorpo con i recettori Fcγ e/o del complemento su alcuni tipi di cellule ospiti e promuove l'ingresso del virus nelle cellule ospiti. Gli immunocomplessi internalizzati modulano poi la risposta immunitaria dell'ospite in modo da aumentare la replicazione virale e aggravare la gravità della malattia. La possibilità di induzione di ADE rimane una preoccupazione nello sviluppo e nell'implementazione di vaccini virali e immunoterapici.
2.1 Introduzione
Il potenziamento anticorpo-dipendente (ADE) dell'infezione rappresenta un fenomeno paradossale nella biologia ospite-patogeno, in cui l'anticorpo, un importante pilastro della difesa dell'ospite contro il patogeno invasore, in realtà permette l'ingresso del patogeno nel territorio dell'ospite. Questo comportamento traditore dell'anticorpo serve ulteriormente a indebolire il sistema di difesa dell'ospite e quindi genera un ambiente favorevole alla crescita del patogeno e di conseguenza aggrava la malattia nell'ospite. Questo fenomeno ha implicazioni di vasta portata per il controllo e la prevenzione delle malattie, poiché gli anticorpi terapeutici impiegati per proteggere l'ospite possono invece aiutare il patogeno. Allo stesso modo, gli anticorpi indotti dalla vaccinazione possono effettivamente aumentare il rischio e/o la gravità della malattia nei successivi incontri ospite-patogeno.
Questo capitolo mira a fornire approfondimenti sulle attuali conoscenze sull'ADE delle infezioni virali, con particolare attenzione ai suoi meccanismi molecolari e al contributo alla patogenesi virale e alla malattia, nonché alle implicazioni per le strategie di controllo della malattia.
2.2 Controllo anticorpale delle infezioni virali
Gli anticorpi sono una componente importante della risposta immunitaria adattativa dell'ospite contro il virus infettante. La neutralizzazione del virus è considerata il meccanismo chiave della protezione mediata dagli anticorpi. L'attività antivirale dell'anticorpo è ulteriormente aumentata da meccanismi effettori mediati da Fc come la lisi mediata dal complemento delle particelle virali, la fagocitosi e la citotossicità cellulare anticorpo-dipendente (ADCC) (Braciale et al. 2013).
La neutralizzazione avviene quando le molecole anticorpali si legano alla particella virale in corrispondenza del suo epitopo di superficie e bloccano l'attacco virale (al recettore cellulare) e l'ingresso nella cellula ospite, e/o i processi post-ingresso come la fusione e lo slegamento, determinando così la perdita di infettività del virione (Fig. 2.1). Sono stati proposti due modelli per descrivere la cinetica della neutralizzazione. Secondo il modello a colpo singolo, il legame di una singola molecola di anticorpo a un sito critico sul virione è sufficiente per la neutralizzazione. Il più accettato modello multi-hit postula che la neutralizzazione può essere raggiunta solo quando il virione è legato da più anticorpi, superando la soglia stechiometrica di neutralizzazione (Klasse e Sattentau 2002). La potenza della neutralizzazione è determinata dall'affinità del legame anticorpale e dall'accessibilità degli epitopi di neutralizzazione sulla superficie virale (Dowd et al. 2011).
Fig. 2.1Rappresentazione schematica dell'effetto dell'anticorpo sull'interazione virus-cellula ospite. (a) In assenza di anticorpi specifici per il virus, il virus entra nella cellula ospite attraverso l'interazione con il recettore di superficie della cellula (specifico per il virus), seguita dalla replicazione e dal rilascio di virioni di progenie. (b) In presenza di concentrazioni non neutralizzanti o sub-neutralizzanti di anticorpi, il virus ha a disposizione un'ulteriore via di ingresso nella cellula ospite. Gli immunocomplessi virus-anticorpo vengono internalizzati tramite l'interazione dell'anticorpo con il recettore Fc (FcR) della superficie cellulare, con conseguente potenziamento anticorpo-dipendente (ADE) dell'infezione e della replicazione virale. Gli immunocomplessi interiorizzati portano alla soppressione della risposta immunitaria innata antivirale cellulare, aumentando ulteriormente la replicazione virale. (c) In presenza di concentrazioni neutralizzanti di anticorpi, l'attacco e l'entrata del virus nella cellula ospite sono bloccati.
2.3 Il fenomeno del potenziamento anticorpo-dipendente
Il fenomeno del potenziamento anticorpo-dipendente (ADE) è stato scoperto nei flavivirus durante gli anni 1960-1970. Mentre gli studi osservazionali sulle infezioni da virus della dengue (DENV) hanno rivelato un'associazione significativa tra malattia grave e risposte anticorpali nell'infezione secondaria (Halstead et al. 1967), gli esperimenti in vitro hanno dimostrato una maggiore infettività del virus dell'encefalite della Murray Valley (Hawkes 1964; Hawkes e Lafferty 1967) e del DENV (Halstead et al. 1973a) in presenza di anticorpi. Gli studi in vivo nelle scimmie rhesus che mostrano l'associazione della risposta anticorpale con una maggiore viremia di dengue hanno offerto ulteriori prove a sostegno di questo fenomeno (Halstead et al. 1973b; Halstead 1979; Marchette et al. 1973).
L'ADE si verifica quando gli anticorpi che si legano alla particella virale non riescono a neutralizzare efficacemente il virus (Halstead 2003; Taylor et al. 2015). Ciò può verificarsi a causa della natura non neutralizzante dell'anticorpo (legame a epitopi virali diversi da quelli coinvolti nell'attacco e nell'ingresso nelle cellule) o la presenza di concentrazioni sub-neutralizzanti di anticorpi (legame a epitopi virali al di sotto della soglia di neutralizzazione). In entrambi i casi, questi anticorpi favoriscono l'ingresso del virus nelle cellule bersaglio, con conseguente potenziamento dell'infezione virale, noto come potenziamento anticorpo-dipendente (Fig. 2.1.). Il meccanismo dell'ADE comporta l'internalizzazione dei complessi immunitari virus-anticorpo nelle cellule attraverso l'interazione della regione Fc dell'anticorpo con i recettori Fc cellulari (FcR). Di conseguenza, le cellule mieloidi con FcR come i monociti, i macrofagi, le cellule dendritiche e alcuni granulociti sono permissive all'ADE dell'infezione, attraverso l'assorbimento fagocitico dei complessi immunitari. Tale ADE è principalmente mediata da anticorpi IgG, tuttavia è stato dimostrato che anche gli anticorpi IgM insieme al complemento e gli anticorpi IgA sono capaci di ADE (Hawkes e Lafferty 1967; Cardosa et al. 1983; Janoff et al. 1995; Kozlowski et al. 1995).
Inizialmente, si credeva che il ruolo degli anticorpi nel migliorare l'infezione virale fosse limitato alla facilitazione dell'entrata del virus nelle cellule ospiti, con conseguente aumento del numero di cellule infette e, di conseguenza, una maggiore produzione di virus, in un processo definito come "ADE estrinseca". Tuttavia, gli studi sul virus del fiume Ross hanno suggerito che i complessi immunitari internalizzati servono ulteriormente a migliorare la replicazione virale attraverso la soppressione delle risposte immunitarie innate antivirali cellulari (Lidbury e Mahalingam 2000; Suhrbier e La Linn 2003). Questo meccanismo è definito "ADE intrinseca" ed è stato successivamente osservato anche nei flavivirus (Chareonsirisuthigul et al. 2007; Ubol et al. 2010). Quindi, l'ADE è un fenomeno complesso che comprende componenti estrinseche e intrinseche, che insieme contribuiscono ad aumentare l'infezione e la replicazione virale. La conseguenza di questa maggiore produzione di virus è il rilascio massiccio di mediatori infiammatori e vasoattivi da parte delle cellule dell'ospite, che alla fine porta all'esacerbazione della patogenesi virale e della gravità della malattia.
La sensibilizzazione preventiva della risposta immunitaria umorale è un prerequisito per l'ADE (Halstead 2003; Taylor et al. 2015). Questo fenomeno è quindi ampiamente osservato durante l'infezione secondaria con un virus eterotipico dello stesso genere, in cui gli anticorpi preesistenti contro l'infezione primaria (sensibilizzante) si legano al virus (secondario), ma non riescono a neutralizzarlo. La patogenicità e l'esito dell'infezione secondaria sono influenzati dall'intervallo di tempo tra le infezioni primarie/secondarie, con un tempo crescente associato a una malattia più grave, e può essere spiegato dal declino degli anticorpi ampiamente neutralizzanti nel tempo. Gli anticorpi acquisiti passivamente sono anche in grado di indurre l'ADE, come indicato dal potenziamento della malattia virale da parte degli anticorpi materni preesistenti nei bambini nati da madri immuni alla dengue (Kliks et al. 1988; Chau et al. 2008, 2009).
Il fenomeno ADE ha implicazioni per l'uso di immunoglobuline antivirali come terapia contro l'infezione virale, a causa del rischio associato di potenziamento della malattia (Taylor et al. 2015). L'ADE pone anche una grande sfida per l'implementazione dei programmi di vaccinazione, in quanto gli anticorpi indotti dal vaccino possono potenziare la successiva infezione virale, ponendo così i destinatari del vaccino ad un maggior rischio di malattia grave. Infatti, le preoccupazioni relative alla sicurezza del primo vaccino per la dengue autorizzato al mondo "Dengvaxia" hanno costretto le autorità a riconsiderare la strategia di vaccinazione di massa e a emettere raccomandazioni specifiche per l'implementazione sicura del vaccino nei programmi di controllo della dengue (Wilder-Smith et al. 2019).
L'ADE è stata sfruttata da una varietà di virus appartenenti a diverse famiglie di virus. Il meccanismo e il significato clinico dell'ADE di virus selezionati saranno esaminati in questo capitolo e sono anche riassunti nella Tabella 2.1. Il fenomeno ADE è stato più ampiamente studiato nel virus della dengue e sarà considerato in dettaglio qui.
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I meccanismi estrinseci e intrinseci dell'ADE contribuiscono insieme al potenziamento della replicazione virale e di conseguenza a livelli di viremia più elevati, che sono correlati all'incidenza di dengue grave nei pazienti (Vaughn et al. 2000). L'ADE è anche associata all'innesco della "tempesta di citochine" che comporta il rilascio massiccio di citochine infiammatorie e altri mediatori chimici ad alti livelli (Pang et al. 2007). L'ADE dell'infezione e della replicazione del DENV si traduce in un aumento della presentazione degli antigeni virali sulla superficie delle cellule infette, portando all'attivazione e alla proliferazione delle cellule T sensibilizzate durante una precedente infezione. Questo porta al rilascio di citochine come IFN-γ, TNF-α, IL-2, IL-6, IL1-β, IL-8 e immunoregolatori come IL-12p70, che agiscono direttamente sulle cellule endoteliali vascolari con conseguente perdita di plasma, il segno distintivo della dengue grave. L'aumento dei livelli di tali citochine è stato associato alla perdita di plasma nei pazienti affetti da dengue grave (Chaturvedi et al. 2000), mentre l'effetto della risposta delle citochine sull'alterazione della permeabilità vascolare è stato dimostrato in vitro e in modelli murini, con la distruzione dei complessi di giunzione apicale nelle cellule endoteliali come meccanismo suggerito (Dewi et al. 2004; Appanna et al. 2012; Puerta-Guardo et al. 2013).
La generazione di una risposta immunitaria protettiva a lungo termine contro tutti e quattro i sierotipi di DENV è un prerequisito per un vaccino contro la dengue e assume maggiore importanza a causa del rischio associato di ADE indotta dal vaccino di infezione e malattia da DENV. Durante i sei decenni di ricerca di un vaccino efficace contro la dengue, sono stati esplorati diversi candidati come i vaccini vivi-attenuati, inattivati, a subunità ricombinanti, basati su particelle virus-simili (VLP) e DNA, con "Dengvaxia" o CYD-TDV di Sanofi Pasteur, un vaccino chimerico per la febbre gialla 17D-tetravalente DENV, il TV003/TV005 del National Institutes of Health e il TAK-003 della Takeda Pharmaceutical, entrambi vaccini vivi attenuati tetravalenti, in testa alla pipeline di sviluppo (McArthur et al. 2013). Di questi, il CYD-TDV è stato approvato per uso umano ed è autorizzato in 20 paesi, mentre il TV003/TV005 e il TAK-003 sono attualmente in fase di sperimentazione di fase III.
Il CYD-TDV, il primo vaccino contro la dengue autorizzato al mondo, è stato approvato dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) nel maggio 2016, a seguito di studi di fase III in regioni endemiche per la dengue (Capeding et al. 2014; Villar et al. 2015; Hadinegoro et al. 2015). Questi studi avevano dimostrato un'elevata efficacia del vaccino tra i bambini di 9-16 anni durante i primi 2 anni dopo la somministrazione del vaccino (prima di tre dosi), ma indicavano un aumento del rischio di dengue ospedalizzato nella fascia di età 2-5 anni durante il terzo anno di follow-up. Questi risultati hanno suggerito la possibilità che il vaccino sensibilizzi i sieronegativi alla dengue a una successiva maggiore infezione e malattia da DENV. Tuttavia, considerando i benefici a livello di popolazione nella riduzione del carico di malattia, il vaccino è stato approvato dal gruppo consultivo strategico di esperti dell'OMS (SAGE) sull'immunizzazione, con raccomandazioni per l'uso in regioni endemiche di dengue con sieroprevalenza ≥70% e la somministrazione a individui nella fascia di età di 9-45 anni. Questa approvazione è stata seguita da ulteriori studi per indagare il rapporto beneficio-rischio a lungo termine della vaccinazione contro la dengue nella popolazione sieronegativa. Questi studi hanno rivelato che le prestazioni del vaccino erano effettivamente influenzate dal sierostatus, con un'efficacia del vaccino significativamente più alta nei sieropositivi che nei sieronegativi. Inoltre, è stato osservato un aumento del rischio di dengue grave ospedalizzata tra i destinatari del vaccino sieronegativi rispetto ai controlli sieronegativi (Sridhar et al. 2018). Alla luce di questa nuova evidenza riguardante gli ADE correlati al vaccino, l'OMS-SAGE ha emesso raccomandazioni aggiornate sull'uso del vaccino CYD-TDV nell'aprile 2018 (Wilder-Smith et al. 2019). Per i paesi che considerano la vaccinazione come parte del loro programma di controllo della dengue, l'OMS raccomanda ora una "strategia di screening pre-vaccinazione", in cui tutti i potenziali destinatari del vaccino sono testati per le IgG anti-DENV, preferibilmente tramite ELISA, e solo le persone sieropositive alla dengue vengono vaccinate. Inoltre, per le sperimentazioni di nuovi vaccini, l'OMS consiglia di stratificare i partecipanti in base al sierostatus pre-vaccinazione durante l'analisi dei dati, così come il follow-up a lungo termine di tutti i destinatari del vaccino.
Il verificarsi di infezioni di rottura nei vaccinati CYD-TDV nonostante abbiano titoli elevati di anticorpi neutralizzanti ha sollevato preoccupazioni riguardo al valore dei test di neutralizzazione in vitro attualmente utilizzati come correlati della protezione. Il potenziale di neutralizzazione degli anticorpi è comunemente valutato utilizzando il test di neutralizzazione con riduzione della placca (PRNT) in linee cellulari LLC-MK2, Vero, o BHK-21. Tuttavia, la neutralizzazione dell'infezione da DENV in queste cellule FcγR-negative potrebbe non riflettere la capacità degli anticorpi di prevenire l'infezione delle cellule mieloidi, che sono obiettivi primari del DENV, e capaci di internalizzare il DENV opacizzato dagli anticorpi attraverso la fagocitosi mediata da FcγR. L'uso di linee cellulari con FcγR o di cellule mieloidi primarie per la neutralizzazione in vitro è stato quindi proposto per misurare la capacità di neutralizzazione rispetto al potenziamento degli anticorpi anti-DENV (Mahalingam et al. 2013; Gan et al. 2017). Inoltre, l'identificazione di correlati immunitari più forti per il rischio e la protezione della malattia è urgentemente necessaria (Katzelnick e Harris 2017).
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L'ADE è stata riportata anche in altri virus della famiglia Flaviviridae tra cui il virus dell'encefalite della Valle di Murray, il virus dell'encefalite giapponese (JEV), il virus del Nilo occidentale (WNV), il virus della febbre gialla (YFV), e il virus Zika (ZIKV) del genere Flavivirus, così come il virus dell'epatite C (HCV), del genere Hepacivirus (Hawkes e Lafferty 1967; Cardosa et al. 1983; Gould e Buckley 1989; Meyer et al. 2008; Bardina et al. 2017). Inoltre, è stato dimostrato che l'infezione con un Flavivirus aumenta la successiva infezione con un altro virus dello stesso genere, come osservato per DENV-ZIKV in studi in vitro, modelli di topi e macachi rhesus (Bardina et al. 2017; George et al. 2017). Tale cross-enhancement DENV-ZIKV è stato osservato anche in PBMC umane primarie (Li et al. 2018); tuttavia, in assenza di prove cliniche o epidemiologiche, la rilevanza clinica di questi risultati è sconosciuta. È interessante notare che un effetto benefico del cross-enhancement tra flavivirus è stato riportato recentemente in uno studio clinico, con anticorpi preesistenti indotti dal vaccino JEV che migliorano l'immunogenicità del vaccino YFV successivamente somministrato (Chan et al. 2016).
2.5 Virus dell'immunodeficienza umana
Il virus dell'immunodeficienza umana (HIV), un membro della famiglia Retroviridae, genere Lentivirus, è principalmente un virus trasmesso per via sessuale, ma può verificarsi anche la trasmissione non sessuale attraverso l'inoculazione endovenosa o l'esposizione da madre a figlio. L'HIV infetta le cellule T CD4+ portando al loro progressivo esaurimento e quindi ostacola la risposta immunitaria adattativa dell'ospite. La fase finale dell'infezione da HIV è la sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS), caratterizzata dal fallimento del sistema immunitario e dalla comparsa di infezioni opportunistiche pericolose per la vita. A partire dal 2016, si stima che ~37 milioni di persone in tutto il mondo vivano con l'HIV (Ghosn et al. 2018). Mentre un vaccino protettivo o una cura completa dell'infezione da HIV rimane sfuggente, l'implementazione della terapia antiretrovirale combinata (cART) ha avuto successo nel prolungare la durata tra l'infezione da HIV e l'AIDS e nel ridurre le morti correlate all'AIDS.
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2.9 Sindrome respiratoria acuta grave: Coronavirus
La sindrome respiratoria acuta grave (SARS) è una malattia respiratoria causata dal SARS-coronavirus (SARS-CoV) della famiglia Coronaviridae, che ha causato focolai soprattutto in Cina, durante il 2002-2003. Anche se le misure di salute pubblica hanno contenuto con successo l'ulteriore diffusione e i focolai umani, la futura riemersione della SARS-CoV o di altri virus correlati rimane una minaccia credibile a causa dell'origine zoonotica di questo virus.
L'ADE dell'infezione da SARS-CoV è stata dimostrata per la prima volta in vitro nelle cellule B umane utilizzando sieri di animali immunizzati e di pazienti convalescenti (Kam et al. 2007). Ulteriori studi hanno dimostrato che gli anticorpi specifici per la glicoproteina spike di superficie virale (S) sono in grado di migliorare l'infezione virale delle cellule immunitarie, in particolare dei monociti e dei macrofagi, permettendo così al virus di ampliare il suo tropismo cellulare (Jaume et al. 2011; Wang et al. 2014; Yip et al. 2014). L'internalizzazione degli immunocomplessi da parte delle FcγR cellulari, principalmente FcγRIIA, è il meccanismo suggerito, con una segnalazione intracellulare da parte del dominio citosolico FcγR che gioca un ruolo importante. Questa internalizzazione mediata da FcγR segue un percorso indipendente dal pH e dalla cisteina proteasi e differisce dal percorso endosomiale/lisosomiale utilizzato dall'enzima di conversione dell'angiotensina I 2 (ACE2), il recettore accettato per il SARS-CoV. Tale infezione anticorpo-mediata dei macrofagi, tuttavia, non è stata trovata per sostenere la replicazione produttiva del virus o modificare l'espressione di citochine/chemochine (Yip et al. 2016). Anche se dimostrato recentemente nelle scimmie rhesus (Wang et al. 2016), il verificarsi della SARS-ADE e la sua associazione con la gravità della malattia negli esseri umani sono ancora dibattuti, con diversi studi clinici che riportano sia effetti protettivi che di aggravamento della malattia degli anticorpi anti-SARS-CoV (Lee et al. 2006; Zhang et al. 2006).
Fonte: Antibody-Dependent Enhancement of Viral Infections
25 Febbraio 2020
25 Febbraio 2020
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