Download Inmunopatogenia de la infección por VIH

Inmunopatogénesis de la
Infección por VIH
Gonzalo Salgado Montes de Oca
Historia Natural de la Infección por VIH-1
“VISIÓN TÍPICA”
Fase Crónica
SIDA
Carga Viral
en plasma
Meses
0
2
cT CD4+
en sangre
Años
4
6
1
5
10
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Infección Primaria
Inmunopatogénesis
Participación del sistema inmunológico
en el desarrollo una enfermedad
Virus de la Inmunodeficiencia Humana tipo 1
Anatómico
Celular
Molecular
Ciclo de Replicación del VIH-1
Microscopía electrónica
Ciclo de Replicación del VIH-1
Género: Lentivirus
(Enfermedades con fase crónica)
Familia: Retroviridae
(Transcriptasa reversa)
DEFINICIÓN DE PROVIRUS
DNA viral integrado en el genoma de la célula huésped
Genoma del VIH: 9.8 kb (0.0003%)
Genoma humano: 3,234,830 kb
Cuantificación por métodos de biología molecular
- PCR tiempo real
- PCR digital
Carga proviral: Copias de DNA de VIH por millón células
(PBMC / Linfocitos T CD4+)
Ciclo de Replicación del VIH-1
Género: Lentivirus
(Enfermedades con fase crónica)
Familia: Retroviridae
(Transcriptasa reversa)
Células permisivas a la infección por VIH-1
(CD4+)
Linfocitos T CD4+
*Activados
Células Dendríticas
Monocitos / Macrófagos
Inmunopatogénesis del VIH-1
Virus de la Inmunodeficiencia Adquirida tipo 1
<1% de cT CD4 totales!
DNA Integrado
Directa (Apoptosis)
Indirecta
Inmunopatogénesis del VIH-1
Virus de la Inmunodeficiencia Adquirida tipo 1
ACTIVACIÓN
CELULAR
(Apoptosis)
Células No Infectadas
Piroptosis
Infección incompleta
Indirecta
Inmunopatogénesis del VIH-1
Virus de la Inmunodeficiencia Adquirida tipo 1
Piroptosis
Inflamosoma
Caspasa 1
Producción de IL-1b e IL-18
LDH (Lactato deshidrogenasa)
Indirecta
Apoptosis vs Piroptosis
en la Infección por VIH-1
Piroptosis en la Infección por VIH-1
INFECCIÓN
PRODUCTIVA
Producción Activa de
Viriones Infecciosos
INFECCIÓN
NO
PRODUCTIVA
Estado
Latente
INFECCIÓN
PRODUCTIVA
Producción Activa de
Viriones Infecciosos
INFECCIÓN
NO
PRODUCTIVA
Estado
Latente
Permite evadir el sistema inmunológico
(Tratamientos farmacológicos)
Carga Viral en Plasma
Carga Viral
en plasma
Meses
0
2
cT CD4+
en sangre
Años
4
6
1
5
10
cT CD4+ (cels./ul)
(RNA-VIH/ml )
Historia Natural de la Infección por VIH-1
Valores Clínicos en Sangre Periférica
LINFOCITOS T CD4+
Función efectora: Producción de citocinas
Memoria Inmunológica
Diferenciación de Linfocitos T CD4+
EFECTOR
(Activo)
NAIVE
(Inactivo)
MEMORIA
(Reposo)
Diferenciación de Linfocitos T CD4+
EFECTOR
Muerte por
Apoptosis
NAIVE
MEMORIA
Vida media larga
Linfocitos T CD4+: Funciones Efectoras
Bacterias Intracelulares
Hongos
MUCOSA INTESTINAL
Patógenos Intracelulares
cT CD4+
Naive
«Regulación» de R.I.
Tolerancia
Homeostasis
Parásitos Extracelulares
Linfocitos T CD4+: Funciones Efectoras
Bacterias Intracelulares
Hongos
MUCOSA INTESTINAL
Patógenos Intracelulares
COMORBILIDADES
«Regulación» de R.I.
Tolerancia
Homeostasis
Parásitos Extracelulares
UBICACIÓN ANATÓMICA DE cT CD4+
PRIMARIOS
SECUNDARIOS
- Médula ósea y timo
- Madurez fenotípica y funcional
- Órganos periféricos
-(Nódulos linfoides, bazo, mucosas, piel)
- Inicio de las respuestas linfoides activas
UBICACIÓN ANATÓMICA DE cT CD4+
MENOS DEL 5 %
EN SANGRE PERIFÉRICA
PRIMARIOS
SECUNDARIOS
- Médula ósea y timo
- Madurez fenotípica y funcional
- Órganos periféricos
-(Nódulos linfoides, bazo, mucosas, piel)
- Inicio de las respuestas linfoides activas
GALT
Tejido Linfoide Asociado a Intestino
(Gut Associated Lymphoid Tissue)
Componente más extenso del sistema inmunológico
~ 60% - 70% de linfocitos T en el cuerpo
GALT
Tejido Linfoide Asociado a Intestino
(Gut Associated Lymphoid Tissue)
Hubbard L Physiol Rec ‘03
Nódulos Linfoides
cT CD4+
Naive
Linfocitos T CD4+ en la Infección por VIH-1
Infección por VIH-1: Círculo vicioso
cT CD4+ efectoras
activadas
cT CD4+ de
Memoria Central
Historia Natural de la Infección por VIH-1
“VISIÓN TÍPICA”
Fase Crónica
SIDA
Carga Viral
en plasma
Meses
0
2
cT CD4+
en sangre
Años
4
6
1
5
10
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Infección Primaria
INFECCIÓN AGUDA
Infección Primaria
Depleción de cT CD4+ en GALT
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
cT CD4+ en GALT (% )
cT CD4+
en el intestino
0
2
4
Depleción Masiva
6
1
5
10
GALT
Tejido Linfoide Asociado a Intestino
(Gut Associated Lymphoid Tissue)
Componente más extenso del sistema inmune
~ 60% - 70% de linfocitos T en el cuerpo
Blanco temprano de la
infección por VIH-1
Depleción de cT CD4+ en GALT
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
cT CD4+ en GALT (% )
cT CD4+
en GALT
Independiente de la Ruta de Transmisión
0
2
4
Depleción Masiva
6
1
5
10
Linfocitos T CD4+ Intestinales
cT CD4+ de Memoria Efectora
Fenotipo Activado
CCR5+ (~70%)
Co-receptor viral
α4β7 Integrina
Migración a intestino
Depleción de cT CD4+ en GALT
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
cT CD4+ en GALT (% )
cT CD4+
en GALT
Niveles altos de replicación
AUSENCIA DE CONTROL INMUNOLÓGICO
0
2
4
Depleción Masiva
6
1
5
10
GALT
cT CD4+
Brenchley JM JEM04 CD4+ T cell depletion during all
stages of HIV disease occurs predominantly in the GI tract
Translocación bacteriana
Pérdida de la arquitectura del microambiente
epitelial en el intestino
Paso de productos bacterianos del lumen del intestino
hacia la circulación sistémica (como sangre, MLN, hígado)
sin la presentación de bacteremia
Niveles de LPS en plasma
Brenchley JM NatMed06 Microbial translocation is a cause of systemic immune activation in chronic HIV infection
ACTIVACIÓN CELULAR CRÓNICA
Sistema inmunológico innato
REDISTRIBUCIÓN DE cT CD4+ HACIA ÓRGANOS LINFOIDES
Fase Crónica
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Infección Primaria
Translocación
Bacteriana
SIDA
Carga Viral
en plasma
cT CD4+
en sangre
0
2
4
6
1
5
10
Tiempo Estimado de la Respuesta Inmunológica
en la Infección Aguda
Respuesta de cT CD8+
Niveles Relativos
Producción de Anticuerpos
Anticuerpos Neutralizantes
Carga Viral
1
2
3
4
5
6
Tiempo después de la Infección (Meses)
7
8
Respuesta Inmunológica Dirigida al VIH-1
• Linfocitos T CD8+ (Mecanismos citotóxico y no citotóxico)
• Anticuerpos Neutralizantes
• Células NK.
• Complemento
• Citotoxicidad mediada por anticuerpos
• Linfocitos T CD4+ cooperadores
(Respuestas Th1, Th2 y Th17)
FASE CRÓNICA
SET POINT
Infección Primaria
SIDA
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Carga Viral
en plasma
Meses
0
2
cT CD4+
en sangre
Años
4
6
1
5
10
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Fase Crónica
Activación Inmunológica
Sistémica
ACTIVACIÓN
INMUNOLÓGICA
CRÓNICA
Depleción de cT CD4+
(GALT)
Activación Inmunológica Sistémica
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
Inflamación generalizada
0
2
Months
4
6
1
5
10
Years
Activación Inmunológica Sistémica
Fase Crónica
SIDA
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Infección Primaria
GALT
(Translocación Bacteriana)
TLRs
Activación
Bystander
Citocinas
Proinflamatorias
Marcadores de
Activación
APOPTOSIS CONTINUA
0
2
4
6
1
5
10
Activación Inmunológica Sistémica
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
Inflamación generalizada
CD38 y HLA-DR
0
2
Months
4
6
1
5
10
Years
Activación Inmunológica Sistémica
Infección Primaria
Fase Crónica
SIDA
Inflamación generalizada
Proliferación y muerte celular crónica
(Apoptosis)
0
2
Months
4
6
1
5
10
Years
Activación Inmunológica Sistémica
Fase Crónica
SIDA
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Infección Primaria
Activación Inmune
Replicación Viral
0
2
Meses
4
6
1
5
10
Años
“Envejecimiento Acelerado” de las Células T
Proliferación Continua
TCR
TLRs
Citocinas
Linfocitos T Naive
PÉRDIDA:
Linfocitos T de
Memoria Central
Mecanismos Homeostáticos
Renovación de Subpoblaciones de cT
Hematopoiesis
Fenotipo “Exhausto”
Pérdida de Arquitectura Linfoide
y
Deposición de colágeno en Tejidos Linfoides
Pérdida de Arquitectura y cT CD4+ en Nódulos Linfoides
Deposición de Colágena en Nódulos Linfoides
Deposición de Colágeno y Pérdida de cT CD4+ en GALT
ACTIVACIÓN
INMUNOLÓGICA
CRÓNICA
Aumento de
CD4+CD25+Treg
Producción de
TGF-β
β
Receptor de TGF-β
β en fibroblastos induce la producción de colágena
SIDA
Activación Inmunológica Sistémica
Fase Crónica
SIDA
Inmuno
deficiencia
Infecciones
Oportunistas
0
2
4
6
1
5
10
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
Infección Primaria
Inmunopatogénesis de la infección por VIH-1
>95%
Respuesta de CTL´s en la infección por VIH-1
Walker BD, Nat 2000; 407:307
Factores asociados al avance de la enfermedad
(SIN TRATAMIENTO)
Inmunológicos
Respuesta inmunológica innata
Respuesta inmunológica adaptativa: cT CD8+ y cT CD4+
Respuesta mediada por anticuerpos neutralizantes
Virológicos
Vif / APOBEC3G
Virus atenuado (< 5%) CCR5d32
Genéticos
Alteraciones en la expresión de receptores
Genes HLA.
LATENCIA DE VIH Y TRATAMIENTO ANTIRRETROVIRAL
Inicio de los 90’s
Uso de antirretrovirales (Monoterapia, AZT)
¿Posible cura, 2-3 años?
1995
Descripción de VIH latente in vivo (RESERVORIOS)
Células infectadas en reposo con genomas integrados
1997
HAART (Highly active antiretroviral therapy)
Suspensión del tratamiento
La carga viral rebota en ~2 semanas
Aún en pacientes con carga viral «indetectable»
> 60 años continuos
Tratamiento antirretroviral (TAR) de por vida
Ciclo de Replicación del VIH-1
Gemación
Fusión
Transcripción
Inversa
Integración
Proteasa
Viral
CARGA VIRAL
¿INDETECTABLE?
El VIH Decae en Cuatro Fases en Cuatro Fases
después del TAR
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml plasma)
Inicio
del TAR
«INDETECTABLE»
Años de TAR
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
El VIH Decae en Cuatro Fases en Cuatro Fases
después del TAR
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml plasma)
Inicio
del TAR
TAR ni respuesta inmunológica
Controlan la replicación por completo
Células infectadas, activadas
REPLICACIÓN RESIDUAL
Años de TAR
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
BLIP VIROLÓGICO
PACIENTES CON cART >1año y CV indetectable
Carga viral / ml de plasma
Carga proviral /106 cT CD4+
cART
1
5
10
Años de cART
VIH-1, tiempo de vida media
Minutos-horas
Viremia residual = replicación continua
(Aún en presencia de cART)
¿Algunos viriones son competentes para la replicación?
Microscopía electrónica
Tratamiento antirretroviral
Fase Crónica
Infección Primaria
SIDA
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
(Número y Función)
cT CD4+
en sangre
0
2
4
6
1
5
10
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
“Reconstitución Inmunológica Parcial”
Factores que afectan la restauración de cT CD4+
NADIR
Deeks S CID ‘09
Tratamiento Antirretroviral
Reducción de la Activación Inmunológica
¿Regreso a la Normalidad?
Activación Inmunológica Residual después del TAR
Hunt PW JID03
Factores que afectan la restauración de cT CD4+
Factores de riesgo
-
Edad avanzada
Género masculino
CV basal alta
Agotamiento del timo y la MO
Activación inmunológica
( translocación bacteriana, VHC)
Viremia residual
ART (Didanosina, AZT)
Factores de Ganancia
-
Menor edad
Género femenino
Adherencia óptima al ART
ART basado en IPs
Pinzone MR CliDevImm ‘12
Expectativa de Vida en Personas VIH+
(10 años menos al promedio poblacional)
Lohse N, Ann Int Med ‘07
Co-morbilidades asociadas al TAR
- Enfermedades Cardiovasculares
- Cáncer (No relacionado al SIDA)
- Fracturas óseas / Osteoporosis
- Enfermedades renales y hepáticas
- Deterioro cognitivo
- «Frailty» (Fragilidad)
ENFERMEDADES ASOCIADAS CON EL ENVEJECIMIENTO
Co-morbilidades asociadas al TAR
Enfermedades
asociadas a la edad
Genética
+
Toxicidad
del TAR
+
Inflamación
Persistente
Estilo de vida
ENFERMEDADES ASOCIADAS CON EL ENVEJECIMIENTO
Deeks S. BMJ ‘09
Exposición y Respuesta al TAR
Administración
Concentración
en Plasma
Concentración
en sitios de
acción
Respuesta
Clínica
Exposición y Respuesta al TAR
Administración
Concentración
en Plasma
APEGO
> 90%
Concentración
en sitios de
acción
Respuesta
Clínica
Exposición y Respuesta al TAR
-
Administración
Cantidad y Frecuencia
Combinaciones
Raza / Edad
Genotipo (SNPs / metabolismo)
Concentración
en Plasma
Concentración
en sitios de
acción
¿Modelo de un compartimiento?
Respuesta
Clínica
Exposición y Respuesta al TAR
Sangre (Plasma)
Administración
Nódulos linfoides
Concentración
en Plasma
SNC
Concentración
en sitios de
acción
Respuesta
Clínica
GALT (MLN)
Mucosas
Médula ósea
Concentración Anatómica: PI + Ritonavir
Distribución desigual = Santuarios Farmacológicos
Negro = Baja
Amarillo = Alta
Solon EG DruMetDis ‘02
Maraviroc
Walker DK Xeno ‘08
Tenofovir
Di Mascio M AntAgChem ‘09
Santuarios Farmacológicos
Exposición y Respuesta al TAR
Mutaciones de Resistencia
Administración
Concentración
en Plasma
Concentración
en sitios de
acción
Respuesta
Clínica
Control virológico parcial
Tratamiento Antirretroviral y GALT
Infección
Primaria
Infección
Crónica
Carece de Reconstitución
cT CD4+
Reservorio de VIH
Fase Crónica
Infección Primaria
SIDA
cT CD4+ en Sangre Periférica (cels./ul)
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml )
cT CD4+ de Memoria en Reposo
Latencia Proviral
Vida Media Larga
0
2
4
6
1
5
10
La carga proviral no desciende después del TAR
Carga PROVIRAL en PBMC
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml plasma)
Inicio
del TAR
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
Dinámica de la carga proviral después del TAR
1 célula infectada por cada millón
1 célula infectada por cada
10-100 millón
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
El VIH Decae en Cuatro Fases en Cuatro Fases
después del TAR
Carga Viral en Plasma (RNA-VIH/ml plasma)
Interrupción
del TAR
Años de TAR
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
DEFINICIÓN DE RESERVORIO EN LA INFECCIÓN POR VIH-1
Población de células infectadas capaces de reactivar el ciclo de replicación
después de suspender el tratamiento antirretroviral
Viriones infecciosos / virus competente para la replicación
Características del Reservorio de VIH:
No se atribuye a la replicación residual. NO producen viriones
Fenotipo «en reposo»: Metabolismo basal, homeostasis, división celular
Son generadas desde los primeros días (horas?**) de la infección.
Poblaciones celulares de vida media larga (meses, años?)
Características del Reservorio de VIH:
La mayoría generan memoria contra el VIH
Menos del 1% de las células con provirus
SIN EMBARGO: Es inducible (latente)
NO es generado por el TAR
NO existen marcadores específicos para diferenciar
células portadoras del reservorio
¿Supresión Óptima de la Replicación de VIH-1?
Mayor Reservorio = Mayor viremia residual
Chun TW JCI ‘11
Marcadores Celulares Asociados a la Prevalencia del Reservorio
CD38+ HLA-DR+
CD38+HLA-DR+
CCR5+PD-1+
PD-1
Tratamiento Antirretroviral y GALT
> 8 años
ANTES
TAR
DESPUÉS
TAR
Control Transcripcional en Linfocitos T CD4+
y Reservorios de VIH (Células de Memoria)
Secuestrados en el citoplasma
Factores de Transcripción
(NF-kB, NFAT)
EUCROMATINA
Compactación
de la cromatina
Genes apagados
EPIGENÉTICA
Acetilación de histonas
Metilación de DNA
Integración de VIH en Genes Preferenciales
3D immuno-DNA fluorescence in situ hybridization (FISH)
* Integración preferencial e sitios transcripcionalmente activos
Marini B, Nature 2015
GENES RELACIONADOS CON LA
DIVISIÓN CELULAR Y SOBREVIVENCIA
>90% de los genomas de VIH
integrados
Están incompletos!
Dinámica de la carga proviral después del TAR
PROVIRUS CON DEFECTOS
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
Dinámica de la carga proviral después del TAR
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
NO EXISTE UN ESTÁNDAR
PARA LA CUANTIFICACIÓN DEL RESERVORIO
¿?
Adaptado de Hilldofer et al. Current HIV/AIDS Rep 2012
J. Coffin, CROI 2015
Estrategias para Erradicar al Reservorio de VIH
Estrategias Farmacológicas
Activación Inmunológica: anti-CD3, anti-CD4, IL-7
Modelaje de la cromatina: Ácido valproico, vorinostat
Inmunomoduladores: Sirolomus
Tratamientos para Erradicar el Reservorio son Ineficientes
Cura funcional
Supresión viral permanente en ausencia de cART
Previene inmunodeficiencia y transmisión
Cohorte Visconti
cART temprano (primeras semanas)
Carga viral < a 1,000 copias
cT CD4+ «normales»
Shock and Kill
Reactivación de células infectadas para ser identificadas
Fármaco
Sistema inmunológico
«Re-entrenar» al sistema inmunológico vs VIH
Activación de cT CD8+
Silvestri G, CROI 2015
Caso «Mississippi»
Parto prematuro, madre diagnosticada al momento del parto (sin
profilaxis)
Recién nacida, cART 31 horas post-parto
(régimen agresivo antes del diagnóstico de la RN)
Infección documentada por carga viral
Suspende cART a los 18meses, carga viral indetectable
Suspende cART
Caso «Mississippi»
Parto prematuro, madre diagnosticada al momento del parto (sin
profilaxis)
Recién nacida, cART 31 horas post-parto
(régimen agresivo antes del diagnóstico de la RN)
Infección documentada por carga viral
Suspende cART a los 18meses, carga viral indetectable
27 Meses
Rebote de carga viral
Suspende cART
Cura esterilizante
Erradicación completa de todos los virus competentes
para la replicación (e.g. HSCT)
Paciente Berlín
(AML y VIH+)
- Inmuno-ablación
- Quimioterapia
- Trasplante alogénico (CCR5 delta32)
- Inmunosupresores
- Único paciente ¿curado?
NUEVAS PERSPECTIVAS
Inductores de latencia
Inhibidores de NF-kB
Además de disminuir la activación celular, inhiben la integración
Alt-803. Superagonista de IL-15.
Induce antígenos de VIH.
Permite el reconocimiento y eliminación de células infectadas por CD8
Broad toxic apoptosis compound (Inhibidor de caspasas) en SIV
Inyección en infección aguda: preserva CD4 , aumenta número de memoria central y efectoras
Reduce marcadores de inflamación, reduce replicación viral
<activación y <pVL = menor carga proviral
Agonista de TLR-7
Induce la replicación del reservorio
Blips transitorios en SIV
Eliminación / reconocimiento potencial por CD8
Ubicación del reservorio: T follicular helper cells
Dong C
CD4 T help:
Germinal center class switching (Ig type),
Inducen células B a plasmáticas y células B de memoria
T cell zone
Producción de CCL19 (CCR7)
Il-21
Producción de CXCL13 (CXCR5)
Foxp3 y Bcl6 / PD-1, BTLA, ICOS, CD57
Ascl2
induce la migración al folículo y generación de TFh
Aumenta expresión de CXCR5 y disminuye CCR7
Inhibe genes Th1 y Th17
B cell follicle
Diferentes funciones / diferenciación dependiente de CXCR5
med
hi
PD-1
dim
Mayor actividad de CD8 anti VIH
Otros estudios
Tejido adiposo como reservorio
Prevalencia de cT CD4+ en el tejido adiposo abdominal y visceral
Mayor reservorio en tejido adiposo visceral
Estudios post-mortem
Cohorte de Px con cART y muerte súbita
Estudios en CNS. Detección de DNA de VIH.
Inmunopatogénesis de la
Infección por VIH
Gonzalo Salgado Montes de Oca
gonzalo.salgado@cieni.org.mx