Patogeneza zakażenia HIV Jacek Juszczyk Katedra i Klinika Chorób Zakaźnych Akademii Medycznej w Poznaniu

Paradoksy zakażenia HIV Indukcja i podtrzymywanie odpowiedzi komórkowej anty-HIV Niezdolność powstrzymania replikacji ART nie doprowadza do eradykacji ART tylko częściowo przywraca funkcjonowanie układu odpornościowego

Dwie fazy zakażenia HIV Ostra: gwałtowne niszczenie limfocytów CD4 i pojawienie się cytotoksyczności anty-HIV (CD8) Przewlekła: aktywacja odporności z powolną utratą limfocytów CD4

Ostra faza zakażenia Okres ustalania przebiegu zakażenia „Wysoka” odpowiedź CD8: Głębsze stłumienie replikacji Zmninimalizowanie upośledzenia odporności Zmniejszenie „punktu ustawienia” wiremii (odwrotna proporcjonalność do postępu choroby)

Komórki dendrytyczne Podatność na zakażenie zależna od ekspresji koreceptorów Szczególnie duża ekspresja CCR5 komórek Langerhansa: ułatwione wiązanie z pamięciowymi limfocytami CD4 Adhezyna DC-SIGN: koncentracja wirusa na powierzchni

niebieski: DNA; czerwony: aktyna Wg: J. Stebbing ea.: N Engl J Med. 2004;350:1872  HIV CD4 niebieski: DNA; czerwony: aktyna

Komórki dendrytyczne Mały stopień zakażenia Łączenie HIV z synapsami DC Rekrutacja do pierwotnego miejsca infekcji Wzmacnianie interakcji DC-T Nasilanie replikacji w limfocytach CD4 Migracja Przenoszenie HIV do węzłów chłonnych

Limfocyty CD4: cechy w zakażeniu HIV Udział różnych subpopulacji Obwód: tylko 2% Przewlekła aktywacja Destrukcja (HIV, apoptoza, zespólnie) Supresja szpikowa Inhibicja wyrzutu grasiczego Zakażenie latentne

Limfocyty CD4 Główne komórki docelowe (gp120+CCR5 i CXCR4) Zakażenie komórek T błon śluzowych od 3-4 dnia (model: SIV) Spoczynkowe komórki pamięci: 30-60% zakażonych w fazie ostrej

Limfocyty CD4 Rekrutacja aktywowanych limfocytów: wzrost wytwarzania wirusów i rozsiew Największa utrata: przewód pokarmowy Mechanizm śmierci: apoptoza (także niezakażone) Niedobór IL-2 i IFN-γ

Limfocyty CD4 Brak dostatecznie silnej indukcji odpowiedzi limfocytów CD8 Przechodzenie do puli spoczynkowej (t½ 44 mies.) Latencja spoczynkowych komórek pamięci (także podczas ART)

„Nowe” subpopulacje limfocytów CD4 Grasica  Obwód (RTEs, recent thymic emigrant) CD45RA+ CD45RO (naïve) + Antygen Komórki pamięci CD45RA- CD45RO+ centralnej CCR+, efektorowej CCR-

Inne „nowe” subpopulacje limfocytów CD4 Th CXCR5 (węzły: grudki chłonne, indukcja limfocytów B) Treg CD4+CD25+: obwód 5-10% limfocytów: hamowanie odpowiedzi limfocytów CD4 indukcja tolerancji

Fenotypowe zróżnicowanie limfocytów CD4 Pamięciowe centralne: IL-2 Pamięciowe efektorowe: IFN- Stymulowane antygenem: IL-2 i IFN- Zakażenie bez postępu choroby: zrównoważone proporcje Zakażenie z postępem choroby: efektorowe, IFN-

ART a wzrost liczby limfocytów CD4 Faza szybka: redystrybucja z węzłów chłonnych wpierw CD45RO+ (pamięci) potem CD45RA+ („naive) Faza wolna Brak powrotu do wartości normalnych

ART a limfocyty CD4: dlaczego brak pełnej odbudowy ? Nie wiadomo Sugestie: nadal destrukcja tkankowa zakażenie tymocytów aktywacja komórek CD38+ bardzo wrażliwych na apoptozę brak repopulacji tkanki jelitowej proporcja [proporcje CD4 : CD8 nadal zaburzone]

Limfocyty CD8 Swoiste: od 2-3 tyg. Korelacja ze zmniejszaniem wiremii (mimo zmniejszenia ekspresji MHC-I przez HIV-Nef) Punkt ustawienia wiremii (średnio 104 - 105 ) Brak różnic fenotypowych: z zakażeniem niepostępującym i postępującym

Limfocyty CD8 Zaburzenia dojrzewania (różnicowania) Upośledzenie proliferacji (wyższa u zakażonych bez postępu choroby) Niedobór wytwarzania IL-2 w zakażeniu postępujacym (większe u zakażonych bez postępu choroby) Zmniejszenie potencjału cytolitycznego

Powstawanie mutantów Replikacja HIV jest wypadkową: niszczenia wirusa powstawania opornych mutantów Mutanty: „ucieczka” przez zmianę epitopów (w każdym miejscu genomu każdego dnia) lepiej przystosowane do przeżycia i letalne

Cytotoksyczność a mutanty 2 typy cytotoksyczności, 2 konsekwencje efektywna przeciw regionom konerwatywnym HIV  mutant (gorzej przystosowany) nieefektywna przeciw regionom niekonerwatywnym HIV  mutant (wysoko replikatywny)

Latencja Podstawowy mechanizm przetrwania zakażenia Rezerwuary komórkowe i tkankowe Nie ulega likwidacji podczas ART Może być źródłem „przechowywanych” wariantów HIV lekoopornych

HIV: zintegrowany, nieproduktywny, chroniony Replikacja Odrębna ewolucja Wg Ch.M. Haggarty ea.: Curr Opin HIV AIDS 2006, 1: 62

Wg: Ch M Haggarty ea: Curr Opin HIV AIDS 2006; 1: 62

Latencja u optymalnie leczonych ARV Wiremia 1-50 kopii/ml Brak ewolucji w kierunku oporności na leki Brak wyłomu wiremii

Makrofagi Są zakażane produktywnie Mała ekspresja cząstek CD4 Duża ekspresja syndekamu (proteoglikan) adsorbującego HIV via gp120 Zakażanie komórek mikrogleju (makrofagopochodny)

Komórki NK Zakażenie zależne od ekspresji cząstek CD4 Ważny rezerwuar zakażenia w węzłach chłonnych, także podczas ART

Immunopatologia HIV w warunkach ART Oddziaływanie przez zmniejszenie wiremii Niedostateczna repopulacja komórkami immunokompetentnymi w błonach śluzowych Odbudowanie proliferacji i wytwarzania IL-2 przez limfocyty CD4

Immunopatologia HIV w warunkach ART Indukcja aktywności limfocytów cytotoksycznych Braki wpływu na pulę „rezerwową” zakażonych komórek (w tym pamięci) Gorsza odpowiedź: mało limfocytów CD4 bezpośrednio po zakażeniu

IRIS (immune reconstruction inflammatory syndrome; zespół odbudowy odporności) Występuje także bez  liczby limfocytów CD4 (także inny czynnik rekonstrukcji ?) 10-25% leczonych ART. Warunki: długość okresu zakażenia stopień odbudowy oporności

IRIS Nawet już po pierwszych dniach terapii Pacjenci z CD4 < 50: najczęściej po 8 tygodniach Pacjenci z IRIS lepsza odpowiedź wirusologiczna większy przyrost liczby limfocytów CD4 (obserwacja dwuletnia)

IRIS Kryteria duże Rozpoznanie AIDS wg kryterium < 200 limfocytów CD4 ART: zmniejszenie wiremii,  liczby CD4 Nietypowe objawy zakażenia oportunistycznego Objawy inne niż poprzednie zakażenia oportunistyczne lub związane z lekami

IRIS Kryteria małe wzrost liczby CD4 pojawienie się odpowiedzi na antygeny przypominajace samoistne ustąpienie objawów bez swoistego leczenia

IRIS Atypowość zapalenia miejscowe (także ziarniniaki) objawy od miernych po ciężkie około 20 patogenów

Najczęściej po około 6 tygodniach ART IRIS Zakażenia gruźlicze wznowa (płuca, inne narządy) Limfadenopatia ropnie śledziony zapalenia kości i stawów Najczęściej po około 6 tygodniach ART

IRIS (poza tbc) CMV (vitritis, uveitis, cataracta) Kryptokokoza OUN Przewlekła leukoencefalopatia wieloogniskowa HCV:  ALT, przyspieszenie włóknienia wątrobowego

Perspektywy immunoterapii Stosowanie IL-2 wydłuża czas półtrwania limfocytów CXD4 nawet do 3 lat versus 8 tygodni Powoduje wzrost liczby limfocytów CD4 (typu naïve i pamięciowych, lecz nie efektorowych oraz limfocytów CD8 typu naïve Także w badaniach: IL-7 i szczepionka terapeutyczna

Podsumowanie W zakażeniu HIV dochodzi do przewlekłej aktywacji układu odpornościowego Ostatecznie powstaje stan krańcowej dysregulacji homeostazy immunologicznej Mimo postępów, nie znamy wielu mechanizmów patogenetycznych zakażenia

Podsumowanie ART doprowadza do częściowej odbudowy odporności Nie doprowadza do eradykacji wirusa U części pacjentów ART powoduje wtórne objawy wynikające z rekonstrukcji immunologicznej