La dengue, un virus trasmesso dalle zanzare, infetta circa 50 milioni di persone ogni anno e ne uccide 22.000. Focolai in India e Taiwan quest'anno hanno provocato migliaia di infezioni e alcune decine di morti. Non esiste un trattamento per la dengue e nessun vaccino completamente efficace.
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Due team di scienziati, uno presso l'Università australiana del Queensland e l'altro presso l'Università della California, Berkeley, pensano di aver trovato il segreto della virulenza della dengue: una singola proteina, chiamata proteina non strutturale 1 o NS1, che agisce come i veleni rilasciati da infezioni batteriche Gli studi sono nel numero di questa settimana di Science Translational Medicine .
I sintomi di Dengue includono febbre, eruzione cutanea, dolore muscolare e danni ai vasi sanguigni, che causano perdite di plasma. Nei casi più gravi, la perdita di liquidi può essere mortale e la malattia nella sua forma più grave può diventare dengue febbre emorragica, che provoca nausea, vomito e sanguinamento o lividi sotto la pelle.
La maggior parte delle persone si riprende semplicemente e quindi ha l'immunità a uno dei quattro ceppi del virus. Ma non era chiaro come la forma emorragica della malattia causasse il danno che ha ucciso i pazienti. "Principalmente il problema è che si ottengono perdite dai capillari e dal sistema circolatorio", afferma Eva Harris, un professore di malattie infettive e virologia che ha guidato il team dell'Università di California, Berkeley. "Se i liquidi non vengono reintegrati, si subisce uno shock scompensato."
Paul Young, professore capo della School of Chemistry and Biosciences dell'Università del Queensland, e il suo team hanno trovato il meccanismo con cui opera NS1, mentre Harris è stato in grado di isolare la proteina stessa e usarla per vaccinare i topi.
Dengue non è sempre stato un tale problema; un secolo fa era limitato a pochissimi luoghi ai tropici. La seconda guerra mondiale cambiò questo, perché la zanzara che la trasportava, Aedes aegypti, veniva trasportata in tutto il mondo su navi mercantili. Laddove un tempo la dengue aveva bisogno di alcuni animali per diffondersi, ora dipende dagli umani. Young ha notato che gli esseri umani sono effettivamente un vettore per la dengue nelle zanzare. Aedes aegypti ama riprodursi in piccoli corpi di acqua naturale: piscine per bambini, coperchi di bidoni della spazzatura e persino il pavimento di un bagno. Anche le femmine mordono molto.
Gli scienziati hanno già ipotizzato che i casi gravi siano stati causati da una risposta immunitaria iperattiva. La dengue, come tutti i virus, si riproduce assumendo il controllo delle cellule ospiti. Nel caso di dengue sono le cellule, chiamate cellule dendritiche, che avvisano il corpo di infezione. L'infezione stimola le cellule a produrre citochine, piccole proteine che fanno parte della risposta infiammatoria. Questo di solito non è mortale.
Una seconda infezione, tuttavia, con un altro ceppo di dengue, dirotterà erroneamente il sistema immunitario. Gli anticorpi della prima infezione si attaccano al nuovo ceppo di dengue, perché sembra proprio il primo. Ma il nuovo ceppo è leggermente diverso, quindi gli anticorpi non possono neutralizzare completamente il virus. Permettono invece al virus di attaccarsi alle cellule T che di solito lo ucciderebbero e che diffondono ulteriormente il virus, aumentando la carica virale sul paziente.
Questa animazione spiega come vengono trasmesse le malattie, come la dengue. Credito: C. Schaffer / AAAS.Il risultato è una maggiore produzione di citochine. Una delle funzioni delle citochine è quella di rendere più permeabili le pareti dei vasi sanguigni e l'eccessiva produzione le rende trapelate. Questo è il motivo per cui le seconde infezioni spesso portano a forme gravi di malattia e sanguinamento. Piccoli punti di sangue compaiono sulla pelle di un paziente e sotto la pelle si accumulano più grandi sacche di sangue.
Il mistero era quale proteina particolare fosse coinvolta e come agisse. È qui che è entrato il team di Young. Nei primi anni 2000, il team aveva sviluppato un modo per testare la dengue misurando le concentrazioni della proteina NS1 nel flusso sanguigno.
"Quello che abbiamo scoperto in uno studio in Tailandia è stato che, se i pazienti presentavano livelli elevati di NS1, avevano maggiori probabilità di contrarre malattie gravi. Pensavamo fosse solo un marker di infezione virale", afferma Young. "Ma poi abbiamo chiesto se stesse avendo un effetto diretto stesso."
Decisero di esaminare più da vicino NS1. Fu allora che scoprirono che si lega a un'altra molecola, chiamata recettore toll-like 4 (TLR4). Ciò gli consente di collegarsi alle cellule delle pareti dei vasi sanguigni, chiamate cellule endoteliali. NS1 ha anche stimolato le cellule immunitarie a rilasciare citochine, la risposta infiammatoria iperattiva. NS1 si comportava in modo molto simile a una tossina batterica.
Young afferma che i risultati dell'NS1 significano che per trattare la dengue, potrebbe essere possibile usare droghe esistenti. Alcune versioni di quelli che trattano la sepsi, ad esempio, potrebbero funzionare.
NS1 attiva direttamente i macrofagi di topo e le cellule immunitarie umane tramite il recettore TLR4 innato-immunitario. L'NS1 secreto ha indotto un aumento dose-dipendente delle citochine pro-infiammatorie, interrompendo l'integrità dei monostrati delle cellule endoteliali e portando a perdite vascolari. Il blocco di TLR4, da parte di un antagonista o di un anticorpo contro NS1, ha mantenuto l'integrità endoteliale e ha inibito la perdita vascolare. (H. McDonald / Science Translational Medicine) La domanda successiva era se si potesse fermarlo. Il team di Harris ha esaminato il ruolo di NS1 nell'infezione da dengue in modo più diretto. Hanno sperimentato i topi, infettandoli con la dengue e quindi con la proteina da sola. Hanno usato NS1 da tutti e quattro i ceppi di dengue.
I ricercatori hanno scoperto che in entrambi i casi i topi hanno sviluppato anticorpi. Hanno anche scoperto che NS1 da solo può causare perdite di liquidi nei vasi sanguigni. "Pensavamo che forse la proteina avesse un ruolo nella perdita vascolare", afferma Harris.
I topi trattati con una piccola quantità di NS1, che mostravano una risposta immunitaria, sembravano protetti dal virus. Il motivo, afferma Harris, è che gli anticorpi si collegano alla proteina stessa, piuttosto che a un ceppo virale specifico, e l'NS1 prodotto da tutti e quattro i ceppi di dengue è lo stesso.
La protezione contro il virus non era del 100 percento nei diversi ceppi di dengue (chiamati DENV1, DENV2, DENV3 e DENV4). Nel loro studio, il team di Harris ha scoperto che, quando inoculato con NS1 da DENV2, la protezione era al 100% da quel ceppo. Era del 75 percento da DENV1 e del 60 percento da DENV3 e DENV4.
Hanno quindi testato le proteine e il virus sulle cellule endoteliali polmonari umane in coltura. Hanno visto che l'NS1 non è stato in grado di danneggiare le cellule quando la proteina TLR4 è stata bloccata, ulteriori prove che l'NS1 che causa perdite vascolari nell'uomo.
Harris osserva che il loro lavoro, unito alle scoperte del team di Young secondo cui TLR4 collega la dengue ad altre cellule, offre importanti spunti. "Se siamo in grado di colpire TLR4, abbiamo un nuovo modo di fare una terapia", afferma, oltre a un vaccino.
C'è ancora molto lavoro da fare, dice. Sebbene sappiano che NS1 è il colpevole, non è ancora chiaro quale specifico pezzo di NS1 sia quello che genera gli anticorpi giusti e danneggia le cellule. Nota che anche West Nile Virus ha NS1 e si comporta in modo diverso. "NS1 ha un sacco di ruoli che non sono ben compresi", afferma.
Detto questo, il nuovo lavoro potrebbe aggiungere un'altra arma per i funzionari della sanità pubblica per controllare la malattia; i soliti metodi sono focalizzati sul controllo della zanzara.
I gruppi di Young e Harris non sono i soli a lavorare sulla dengue. Sanofi Pasteur, un'azienda che sviluppa, produce e fornisce vaccini, ha un nuovo vaccino che è registrato in diversi paesi; l'approvazione per l'uso potrebbe arrivare nei prossimi mesi, afferma Susan Watkins, senior director of communication. Il vaccino Sanofi utilizza un virus attenuato (in realtà è un virus della febbre gialla con un "mantello" di dengue).
Secondo uno studio del New England Journal of Medicine, il candidato al vaccino Sanofi ha protetto in media il 66 percento dei volontari di età pari o superiore a 9 anni contro tutti e quattro i ceppi di dengue e, di questi, il 93 percento era protetto dalla grave forma della malattia. Il vaccino Sanofi, tuttavia, non offre lo stesso livello di protezione contro tutti e quattro i ceppi: contro un tipo era efficace solo al 42%, mentre era efficace al 77% contro un altro.
Un altro vantaggio dell'utilizzo di NS1 come base per un vaccino è che non comporta affatto l'uso del virus. "La FDA sarebbe più felice se potessimo eliminare pezzi di proteine che causano malattie e lasciare quelle che offrono protezione", afferma Harris.
