Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Przyszłość terapii w leczeniu zakażenia HIV
Zgodnie z danymi opublikowanymi w 2016 r., liczba osób zakażonych wirusem HIV w Polsce przekroczyła 21 tys. Na świecie w 2015 r. liczba ta, zgodnie z danymi WHO, przekroczyła 36,7 mln. Z biegiem czasu u osób zakażonych mogą się rozwinąć objawy Zespołu Nabytego Niedoboru Odporności – AIDS. Niestety wciąż nie jest dostępny lek, który byłby w stanie wyeliminować wirusa HIV z organizmu i doprowadzić do pełnego wyleczenia. W laboratoriach na całym świecie trwają badania nad opracowaniem skutecznej terapii.

 

Obecnie stosowane leczenie anty-retrowirusowe polega na blokowaniu replikacji wirusa w zakażonych komórkach, czego rezultatem jest zahamowanie rozwoju objawów choroby. Leki te nie eliminują wirusa całkowicie i należy je zażywać przez całe życie. Wielkie emocje budzą wszelkie informacje dotyczące przypadków całkowitego wyleczenia. Jedno z nich miało miejsce przypadkowo, podczas leczenia innej choroby u osoby po przeszczepie szpiku kostnego. Znamy także mechanizm, poprzez który wirus zakaża komórki organizmu, a także mutację genu CCR5, chroniącą przed zakażeniem.

Zgodnie z aktualnymi doniesieniami wydaje się, że krokiem milowym może być zastosowanie przeciwciał monoklonalnych anty-HIV, które poprzez opłaszczanie zakażonych komórek, są w stanie aktywować mechanizm cytotoksyczności zależnej od przeciwciał, w celu zwalczenia zakażenia.


Budowa wirusa HIV
Wirus Ludzkiego Niedoboru Odporności (HIV) jest retrowirusem należącym do rodziny Lentivirinae. Wyodrębniono dwa typy wirusa – HIV-1, który występuje na całym świecie oraz HIV-2, związany głównie z zachodnią Afryką i odpowiedzialny za zakażenie o łagodniejszym przebiegu, rzadziej prowadzące do pełnoobjawowego Zespołu Nabytego Niedoboru Odporności (AIDS). Retrowirusy posiadają dodatnio spolaryzowaną osłonkę, zbudowaną z glikoprotein, którą nabywają podczas pączkowania z błony komórki gospodarza. Materiał genetyczny stanowią dwie identyczne nici RNA i namnażają się dzięki obecności odwrotnej transkryptazy (polimerazy DNA zależnej od RNA) – materiał genetyczny ulega przepisaniu na DNA, a następnie integracji z genomem gospodarza. Genom retrowirusów przypomina mRNA – posiada 5’ czapeczkę oraz ogon poliadenylowy na końcu 3’. Ponadto zawiera komórkowe transportowe RNA (tRNA), które są komplementarne do materiału genetycznego, aby mogły służyć jako startery. W skład genomu wirusa HIV wchodzą m.in. geny wspólne dla retrowirusów: gag, pol, env oraz geny regulatorowe: tat, rev, nef, vif, vpu, vpr, itr.


Cykl życiowy wirusa HIV
Wirus HIV, w celu zakażenia komórek docelowych, łączy się poprzez glikoproteiny na zewnętrznej stronie otoczki – gp120 oraz gp41 odpowiednio z receptorem głównym – CD4 oraz koreceptorem CCR5 (występuje m.in. na makrofagach i limfocytach T) lub CXCR4 (występuje na limfocytach T). Co ciekawe, cząsteczka CD4 wykazuje większe powinowactwo do gp120 niż do fizjologicznego liganda – cząsteczki MHC II. Ponadto, ze względu na łączenie się z odpowiednim koreceptorem, wirus HIV można podzielić na szczep M-tropowy (R5) (łączy się z receptorem CCR5) oraz T-tropowy (X4) (łączy się z receptorem CXCR4). W początkowej fazie zakażenia drogą seksualną dominują szczepy wiążące się z receptorem CCR5, których mutacja, powodująca brak zewnątrzkomórkowej części receptora, wywołuje u homozygot całkowitą odporność na zakażenie HIV drogą seksualną oraz częściową u heterozygot. Mutację receptora CCR5 opisano u około 10% rasy kaukaskiej.

W związku z tym etap ten stanowi od kilkunastu lat kierunek badań nad syntezą nowych leków. Do tej pory zarejestrowano m.in. antagonistę CCR5 – Marawirok, antagonistę gp41 – Enfuwirtyd oraz antagonistę CXCR4 – Pleryksafor, który jednak nie znalazł zastosowania w terapii HIV. W kolejnym etapie, po wniknięciu wirusa do komórki, przy pomocy wirusowej odwrotnej transkryptazy, następuje przepisanie materiału genetycznego HIV z RNA na DNA, przy użyciu nici RNA wirusa – jako matrycy oraz tRNA wirusa – jako startera.

Enzym odwrotnej transkryptazy posiada także aktywność rybonukleazy H, co pozwala na jednoczesną degradację już przepisanej nici RNA. Niestety odwrotną transkryptazę charakteryzuje także wysoka częstość mutacji, co wpływa na dużą zmienność materiału genetycznego wirusa HIV.

Następnie jest syntezowana komplementarna nić DNA. Na tym poziomie działają leki stanowiące nukleozydowe i nukleotydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy, m.in.: Zydowudyna (analog deoksytymidyny), Stawudyna (analog tymidyny), Lamiwudyna (analog cytozyny), Dydanozyna (analog deoksyadenozyny), Zalcytabina (analog cytozyny), Abakawir (analog guanozyny), Tenofowir (acykliczny nukleotyd adenozylowy), Emtrycytabina (pochodna Lamiwudyny) oraz nienukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy takie jak: Delawirdyna, Efawirenz, Newirapina, Etrawiryna.

Następnie materiał genetyczny HIV, przepisany na dwuniciową cząsteczkę DNA, jest transportowany do jądra komórkowego, gdzie przy użyciu integrazy następuje jego wbudowanie do aktywnej transkrypcyjnie części materiału genetycznego komórki. Na tym etapie zakażenia HIV może dojść do uśpienia (latencji) lub do transkrypcji genów HIV, która jest regulowana przez sekwencje końcowe LTR, zawierające miejsce inicjacji transkrypcji, a także miejsca wiążące czynniki transkrypcyjne, m.in. NF-κB oraz NF-AT. Z kolei geny regulatorowe HIV aktywują transkrypcję genów wirusa (Tat, Rev), zabezpieczają przed kolejnym zakażeniem (Nef), a także upośledzają mechanizmy obronne komórki (Vif, Vpu). W terapii antyretrowirusowej są stosowane inhibitory integrazy, m.in. Raltegrawir oraz Elwitegrawir.

Po procesie transkrypcji oraz translacji, białka wirusa ulegają obróbce potranslacyjnej (glikozylacji, fosforylacji, mirystylacji), a następnie rozszczepieniu na białka prekursorowe, przy użyciu proteazy HIV oraz endoproteaz komórkowych. W celach leczniczych stosowane są inhibitory proteazy, wśród których można wymienić: Amprenawir, Fosamprenawir, Indynawir, Sakwinawir, Atazanawir, Lopinawir, Nelfinawir, Typranawir, a także Darunawir. W etapie składania i uwalniania, wirus HIV jako otoczkę wykorzystuje błonę komórkową, co wiąże się z równoczesnym rozpadem komórki oraz zawiera na swej powierzchni receptory gospodarza, m.in. cząsteczki MHC, adhezyjne oraz inhibitory układu dopełniacza (CD55, CD59).


Odpowiedź immunologiczna
Limfocyty T CD8 rozpoznają antygeny wirusa na powierzchni zakażonych komórek i niszczą je, sprawiając, że po zakażeniu i początkowym namnożeniu wirusa, wiremia ulega znacznemu obniżeniu. Jednak dzięki wysokiej częstości mutacji, wirus HIV jest w stanie uciec przed odpowiedzią immunologiczną, poprzez mutacje kluczowych antygenów. Po początkowym obniżeniu liczby limfocytów T CD4, następuje ich odbudowa, jednak w dalszym etapie następuje stopniowe obniżanie ich liczby. Zmiany zachodzą także w innych liniach limfocytów T, m.in. Th17 oraz limfocytach T związanych z błonami śluzowymi. Wyczerpanie liczby limfocytów T pomocniczych jest związane, zarówno z apoptozą indukowaną HIV, jak i niespecyficzną aktywacją układu immunologicznego oraz cytotoksycznością wirusa.

Przeciwciała neutralizujące powstają średnio po około 3 miesiącach i w większości nie mają znaczenia, ze względu na liczne mutacje wirusa HIV. Celem badań jest także produkcja szczepionki neutralizującej, dzięki wykorzystaniu nowoczesnych technik produkcji przeciwciał. Znaczenie ma także odpowiedź wrodzona, zależna od komórek NK, ale i w tym przypadku pozostaje bezużyteczna, ze względu na częste mutacje zachodzące podczas replikacji wirusa.


Nowe strategie terapeutyczne
Inspiracją do pracy nad nowymi strategiami, związanymi z blokowaniem wnikania wirusa do komórek, było m.in. doniesienie o mężczyźnie zakażonym wirusem HIV, stosującym terapię przeciwretrowirusową, u którego wystąpiła ostra białaczka szpikowa. Chorego zakwalifikowano do przeszczepu szpiku kostnego i otrzymał szpik od dawcy z homozygotyczną mutacją CCR5. Następnie po przeszczepie zaprzestał terapii przeciwretrowirusowej i przez okres ponad 6 lat nie został wykryty wirus HIV w osoczu lub tkance.

Obecnie prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem przeciwciał neutralizujących oraz nieneutralizujących HIV, których mechanizm wciąż nie został dokładnie wyjaśniony. Postulowane są głównie dwa mechanizmy, w których przeciwciała przeciw cząsteczkom CD4 blokują wnikanie wirusa do komórki, natomiast z drugiej strony mogą także mieć związek z opsonizacją komórek zakażonych i wpływem na cytotoksyczność zależną od przeciwciał (ADCC). Dodatkowy problem stanowi szybka ucieczka wirusa związana z wytworzeniem oporności, dzięki wspomnianej już dużej częstości mutacji. W związku z wytwarzaniem oporności przeciwciała neutralizujące obecnie są wykorzystywane głównie w celu badań nad terapią skojarzoną, najczęściej z inhibitorami integrazy. Przykład może stanowić Ibalizumab – przeciwciało monoklonalne przeciw CD4, blokujące oddziaływanie z gp120 i wejście wirusa do komórki.

Kolejną strategią jest wyprodukowanie przeciwciał bispecyficznych, które rozpoznają dwa różne antygeny, oraz trispecyficznych, w których antygen stanowi także fragment Fc. Badania z wykorzystaniem epitopów z przeciwciała przeciw CD4 (Ibalizumab) wraz z domenami m36 (które stanowią pojedynczą domenę neutralizującą HIV), gp120 specyficzne przeciwciała, wykazały większą zdolność do neutralizacji wirusa niż w przypadku zastosowania przeciwciała monoklonalnego. Następnie podjęto próbę stworzenia przeciwciała bispecyficznego, które jednym epitopem łączyłoby się z cząsteczką CD4 na zakażonych komórkach, a drugim z cząsteczką CD3 komórek efektorowych – limfocytów Tc CD8. Celem takiego działania jest pośredniczenie przeciwciała w aktywacji komórek efektorowych – limfocytów cytotoksycznych. Innym przykładem tego typu przeciwciała bispecyficznego jest cząsteczka o specyficzności względem białka env HIV-1 oraz CD3 – przeciwciało rozpoznaje antygen env na powierzchni zakażonych komórek i przekierowuje limfocyty Tc. Z kolei alternatywę dla podawania przeciwciał stanowi transfer genu kodującego przeciwciało do organizmu, w celu wyprodukowania przeciwciał in vivo, bez wcześniejszego kontaktu z antygenem. W tym celu stosowane się wektory adenowirusowe, które wymagają jednak dalszych badań w celu określenia, m.in. bezpieczeństwa terapii.

Odkryta w ostatnich latach metoda inżynierii genetycznej CRISPR/CAS9 również może posłużyć jako narzędzie terapeutyczne u osób zakażonych HIV – prowadzone są badania mające na celu weryfikację przydatności metody w usuwaniu materiału genetycznego wirusa, m.in. z zakażonych limfocytów T.

Podsumowując, zakażenie wirusem HIV stanowi ogromny problem, który dzięki postępowi technik inżynierii genetycznej ma coraz większą szansę na unieszkodliwienie i wyleczenie osób zakażonych. Do tej pory wykorzystywane w leczeniu preparaty wpływały jedynie na obniżenie wiremii, podczas gdy forma uśpiona wirusa wciąż była dostępna w zainfekowanych komórkach. Takie leczenie wymaga podaży leków przez całe życie, aby utrzymać replikację wirusa na niskim poziomie.

Kolejny problem stanowi wysoka mutagenność wirusa, która może wpływać na wymykanie się infekcji spod kontroli. Nową nadzieję dla osób zakażonych jest zatem wykorzystanie przeciwciał w terapii, a także dostarczenie materiału genetycznego do syntezy przeciwciał, dzięki nowoczesnym technikom biotechnologicznym.

Duży krok naprzód stanowi także wykorzystanie metody CRISPR/CAS9, w celu unieszkodliwienia wirusa w zakażonych komórkach.

Wszystkie powyższe metody wymagają jednak dalszych badań przedklinicznych oraz klinicznych, w celu oceny przydatności, toksyczności, a także jak najszerszej specyficzności względem wirusa HIV.

 

 

KOMENTARZE
Newsletter