Febbre dengue

Meccanismi di patogenesi diretta e mediata dalla risposta immunitaria all’infezione

Diversi studi suggeriscono che la proteina non strutturale NS1 possa essere un mediatore chiave nella patogenesi da virus Dengue (DENV) [1,2]. NS1 può infatti essere presente in una forma solubile (sNS1) che viene rilasciata dalle cellule infettate e che è stata rilevata nel sangue dei pazienti già dal primo giorno d’insorgenza dei sintomi della malattia con concentrazioni in uno spettro che può andare dai ng ai mg per ml nella fase acuta dell’infezione. I livelli plasmatici di questa proteina sono correlati al picco di viremia e alla severità della malattia dovuta a un’infezione successiva. In modelli di permeabilità vascolare, in vitro e in vivo, l’esposizione all’NS1 determina la rottura dell’integrità dell’endotelio [2]. Anche altre proteine virali, come l’NS5, l’NS2A, l’NS4A e l’NS4B, hanno un ruolo nella capacità del virus di superare le difese dell’immunità innata e, in particolare, degli interferoni di tipo I (IFN-I), contribuendo così a favorire la replicazione virale e un’elevata produzione di citochine infiammatorie da parte dell’ospite [3].

Oltre a un effetto diretto dovuto alla replicazione virale, anche un’eccessiva risposta immunitaria adattativa, presente nei pazienti sintomatici, rappresenta un fattore importante nel favorire la malattia severa come dimostrato dal fatto che l’aggravamento dei sintomi insorge successivamente alla scomparsa della febbre [1]. Per quanto riguarda il coinvolgimento dell’immunità adattativa cellulare nella progressione verso forme gravi di malattia, si è osservato il passaggio da una risposta di tipo T helper (Th) 1, dominante nella febbre da Dengue (DF, Dengue Fever), a una di tipo Th2 (che ha una capacità antivirale limitata) nella febbre Dengue emorragica (DHF, Dengue Hemorrhagic Fever) [2]. Il meccanismo responsabile di questo fenomeno è stato identificato nell’aumentata produzione di interleuchina (IL)-10 che si è osservata nei pazienti con DHF/DSS (sindrome da shock per dengue - Dengue Shock Syndrome) rispetto ai pazienti con DF. Le principali cellule che producono IL-10 sono i monociti/macrofagi, le cellule Th2 e le cellule T regolatorie CD4+CD25+Foxp3+. È stato osservato che nell'infezione acuta da DENV è presente un aumento della frequenza di cellule T regolatorie CD4+CD25high mentre l’aumento della produzione di IL-10 inibisce anche l’azione antivirale delle cellule NK (3). Un aumento dei livelli di IL-10 sono stati associati a trombocitopenia e ai livelli sierici di AST e ALT.

Diversi studi hanno poi identificato le cellule T cross-reattive, attivate durante le infezioni eterologhe successive, come mediatrici della patogenesi da DHF. Le cellule T, che si attivano a causa dell'esposizione all'antigene, sono più abbondanti nelle prime fasi della convalescenza nei pazienti con dengue severa rispetto a quelli con malattia più lieve; inoltre, nei pazienti con DHF vengono rilevati livelli più elevati di citochine e chemochine prodotte da cellule T cross-reattive attivate, specifiche per il DENV [2]. Cellule T CD8+ mostrano un'elevata reattività crociata in un'infezione eterologa successiva, ma sono inefficienti nell'eliminare il nuovo virus infettante di sierotipo diverso a causa della loro bassa avidità [2].

Una delle risposte immunitarie mediate da anticorpi, individuata come possibile responsabile della patogenicità indotta dall’infezione con DENV, è quella rappresentata dallo sviluppo di autoanticorpi che si generano tra quelli prodotti, ad esempio contro l’NS1, un fenomeno dimostrato da studi in vitro e in modelli animali ma il cui contributo nei pazienti non è ancora chiaramente dimostrato [2].

Evidenze più solide per spiegare la patogenicità legata a una successiva re-infezione coinvolgono invece gli anticorpi, formati in seguito a un'infezione primaria, nel favorire un’infezione successiva da parte di un virus appartenente a un diverso sierotipo verso il quale non sono neutralizzanti; questo perché gli anticorpi non neutralizzanti favoriscono l'infezione dei monociti e più in generale dei fagociti, dopo che vengono riconosciuti dal recettore Fcγ, portando all’amplificazione della replicazione virale, con conseguente aumento della produzione di citochine infiammatorie nei pazienti (Figura 1).

Figura1. Il potenziamento anticorpo-dipendente/antibody dependent enhancement (ADE) coinvolge gli anticorpi eterotipici, formati in seguito ad un'infezione primaria, nel favorire un’infezione successiva da parte di un virus appartenente a un diverso sierotipo, verso il quale non sono neutralizzanti; questo perché gli anticorpi non neutralizzanti favoriscono l'infezione dei monociti e più in generale dei fagociti, dopo che vengono riconosciuti dal recettore Fcγ, portando all’amplificazione della replicazione virale con conseguente aumento della produzione di citochine infiammatorie e rilascio aumentato della proteina virale NS1 solubile (sNS1) nei pazienti. (Created with BioRender.com).

Questo processo, chiamato ADE (antibody dependent enhancement/potenziamento anticorpo-dipendente), è stato dimostrato sia in vitro che in modelli di scimmie rhesus [4]. Il fenomeno dell'ADE da DENV è stato documentato nei pazienti durante le epidemie cubane del 1977-79, 1981 e 1997 [2]. I sierotipi circolanti predominanti in queste epidemie sono stati il DENV-1 nel 1977-79 e poi il DENV-2 nel 1981 e nel 1997. Durante l’epidemia del 1997 sono stati segnalati più di 200 casi di DHF/DSS tra gli adulti sopra i 15 anni di età. La maggior parte di questi pazienti era stata precedentemente infettata da DENV-1 durante l'epidemia del 1977-79. In particolare, la probabilità di sviluppare una forma grave di malattia fu di 3-4 volte maggiore nelle persone che, dopo aver contratto una prima infezione da DENV-1 nel 1977-79, si infettarono una seconda volta con DENV-2 nel 1997 rispetto a quelli che contrassero l’infezione da DENV-2 nel 1981. Questo scenario è stato spiegato dalla presenza di anticorpi neutralizzanti IgG eterotipici in titoli sufficienti nel 1981 ma poi scesi, nei casi del 1997, fino al punto in cui non fornivano più una “cross-protezione” significativa [2].

In uno studio di coorte, condotto in Nicaragua sulla popolazione pediatrica (dai 2 ai 14 anni), è stata valutata l'associazione tra anticorpi anti-DENV preesistenti e la gravità della malattia. Il rischio di DHF/DSS è risultato simile nei bambini senza anticorpi anti DENV (naïfe per l’infezione) e in quelli con alti titoli (>1:1280). Tuttavia, nei bambini con titoli anticorpali anti-DENV preesistenti, all'interno di un intervallo ristretto (da 1:21 a 1:80), è emerso un rischio di sviluppare DHF/DSS di circa 7,64 volte maggiore, mentre a titoli anticorpali superiori a 1:320 si è osservata una protezione nei confronti di tutte le forme di dengue sintomatica [5]. Nei paesi endemici per la dengue, la DHF/DSS può verificarsi anche durante le infezioni primarie dei neonati nati da madri che, durante la gravidanza, hanno trasferito passivamente al feto anticorpi derivati da due o più infezioni con DENV verificatesi prima della gravidanza stessa. Una frazione di questi anticorpi materni sono neutralizzanti e in grado di proteggere i bambini dalla malattia, dovuta ai diversi sierotipi del virus, per alcuni mesi dopo la nascita. Successivamente, la loro concentrazione scende al di sotto di una soglia protettiva e, per un breve periodo (in genere tra i 5 e i 9 mesi di età), se il bambino viene infettato per la prima volta dal DENV, può sviluppare una malattia grave mediata dall'ADE a causa della presenza di anticorpi materni non neutralizzanti [1, 6] (Figura 2).

Figura 2. Gravità della Dengue in relazione all’età e all’infezione primaria e secondaria, in particolare negli adulti, nei bambini e nei neonati. L’ADE svolge un ruolo centrale nello sviluppo della dengue severa favorendo un’aumentata replicazione all’interno dei fagociti con conseguente rilascio di citochine infiammatorie, tra cui l’IL-10 che provoca uno sbilanciamento della risposta immunitaria cellulare verso un fenotipo Th2 caratterizzato da una capacità antivirale limitata e della proteina virale NS1 solubile (sNS1) responsabile del danno endoteliale. (Created with BioRender.com).

Proprio il fenomeno dell’ADE ha complicato notevolmente la realizzazione di un vaccino sicuro ed efficace e potrebbe essere alla base dell’incremento del rischio di ricovero ospedaliero per Dengue e per Dengue clinicamente grave osservato durante il follow-up a lungo termine degli studi clinici del vaccino DENVAXIA di Sanofi–Pasteur, approvato ma non commercializzato in Italia, in particolare in bambini fra i 2 e i 5 anni vaccinati e non precedentemente infettati dal DENV [7]. Per tale motivo il vaccino DENVAXIA non può essere somministrato a soggetti che non siano stati precedentemente infettati dal virus ed è indicato dai 6 ai 45 anni di età [8]. Anche l’assenza delle sequenze codificanti le proteine non-strutturali del virus, nel vaccino DENVAXIA, è stato considerato un possibile fattore favorente l’aumento del rischio di ospedalizzazione e malattia grave, per la mancanza di una risposta cellulo-mediata specifica. Inoltre, la mancanza di anticorpi contro la proteina solubile sNS1, la quale è associata all’aumentata permeabilità vascolare, è stata indicata come un ulteriore fattore di rischio per la popolazione pediatrica al di sotto dei 5 anni vaccinata con DENVAXIA, in assenza di una precedente infezione [9].

Attraverso l’utilizzo di modelli matematici è stato inoltre possibile dedurre quali fossero le combinazioni di infezione tra i diversi sierotipi (infezioni primarie seguite poi da quelle successive con un sierotipo diverso) maggiormente responsabili di un aumento del rischio di malattia clinica e queste sono: DENV-1 seguita da DENV-2, DENV-1 seguita da DENV-4, DENV-2 seguita da DENV-3 e DENV-4 seguita da DENV-3 [10].

A questo proposito, i casi autoctoni rilevati in Italia nel 2023 sono stati causati da almeno due diversi sierotipi di dengue (DENV-1 e DENV-3) [11].

La possibilità di predire quali combinazioni di infezioni successive con sierotipi diversi possano dar luogo a malattia sintomatica e, di conseguenza, al rischio di sviluppo di malattia grave è di particolare rilievo. Una sorveglianza continua dei sierotipi circolanti e una centralizzazione dei dati, raccolti su tutto il territorio nazionale, possono essere di cruciale importanza nel consentire di ridurre i casi di malattia grave e di attuare tutte le misure di sanità pubblica necessarie per minimizzare il rischio d’infezione e per programmare interventi terapeutici atti a contrastare l’insorgenza di esiti invalidanti o letali della seconda infezione.

Riferimenti

1. Guzman, M.G., Gubler, D.J., Izquierdo, A., Martinez, E., Halstead, S.B., 2016. Dengue infection. Nat. Rev. Dis. Prim. 2, 16055. DOI: 10.1038/nrdp.2016.55
2. Bhatt P, Sabeena SP, Varma M, Arunkumar G., 2020. Current Understanding of the Pathogenesis of Dengue Virus Infection. Curr Microbiol. 2021 Jan;78(1):17-32. DOI: 10.1007/s00284-020-02284-w.
3. Castillo Ramirez J.A., Urcuqui-Inchima S. Dengue Virus Control of Type I IFN Responses: a history of manipulation and control. J Interferon Cytokine Res. 2015 Jun;35(6):421-30. DOI: 10.1089/jir.2014.0129.
4. Screaton G., Mongkolsapaya J., Yacoub S., Roberts C. New insights into the immunopathology and control of dengue virus infection. Nat Rev Immunol 2015 Dec;15(12):745-59. DOI: 10.1038/nri3916.
5. Katzelnick L.C., Gresh L., Halloran M.E., Mercado J.C., Kuan G., Gordon A., Balmaseda A., Harris E. Antibody-dependent enhancement of severe dengue disease in humans. Science. 2017 Nov 17;358(6365):929-932. DOI: 10.1126/science.aan 6836.
6. Halstead S.B., Lan N.T., Myint T.T., Shwe T.N., Nisalak A., Kalyanarooj S., Nimmannitya S., Soegijanto S., Vaughn D.W., Endy T.P. Dengue hemorrhagic fever in infants: research opportunities ignored. Emerg Infect Dis. 2002 Dec;8(12):1474-9. DOI: 10.3201/eid0812.020170.
7. Thomas S.J. Is new dengue vaccine efficacy data a relief or cause for concern? NPJ Vaccines (2023) 8:55. DOI: 10.1038/s41541-023-00658-2.
8. La pagina del sito dell’AIFA dedicata al vaccino DENGVAXIA 
9. Halstead S.B. Licensed Dengue Vaccine: Public Health Conundrum and Scientific Challenge. Am J Trop Med Hyg. 2016 Oct 5; 95(4): 741–745. DOI: 10.4269/ajtmh.16-0222.
10. Aguas R., Dorigatti I., Coudeville L., Luxemburger C., Ferguson N.M. Cross-serotype interactions and disease outcome prediction of dengue infections in Vietnam. Sci Rep. 2019 Jun 28;9(1):9395. DOI: 10.1038/s41598-019-45816-6.
11. ECDC – Communicable Disease Threats Report - Week 40, 1 - 7 October 2023