patogenesi virale - Sezione di Microbiologia - Università degli Studi ...

UNIVERSITÀ degli STUDI di GENOVA
Microbiologia Clinica
PATOGENESI VIRALE
Prof. Oliviero E. Varnier
PowerPoint Slide Presentation prepared by OE Varnier – October 2007

PATOGENESI VIRALE
PATOGENICITÀ:
dal greco pathos dolore: capacità di causare
malattia
Fattori non-virali modificano la patogenesi
1. Età
2. Stato metabolico
3. Compromissione del sistema immunitario
4. Nell’ospite:
• recettori
-> presenza o assenza
• temperatura -> vie aeree superiori
• pH -> nello stomaco
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MECCANISMI di PATOGENICITÀ dei VIRUS
L'azione patogena dei virus, cioè la capacità di
determinare “in vivo” malattia, deve essere valutata in
relazione a due eventi ugualmente importanti e
caratterizzanti:
la realizzazione della infezione e
la produzione e l’estrinsecazione delle lesioni.
Gli eventi sono condizionati in larga misura non solo dal
virus, ma anche dalle caratteristiche e dalle modalità di
risposta dell'ospite.
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L’INFEZIONE
La realizzazione dell’infezione prevede la:
penetrazione del virus nell’ospite e
La replicazione in organi e tessuti
specificamente definiti.
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LA PENETRAZIONE
La penetrazione è talora passiva (rabbia, AIDS,
epatite B, togavirus, flavivirus) e consiste in una
immissione diretta del virus nel circolo linfoematico
quasi sempre per via transcutanea tramite
morsicature, eventi traumatici, uso di siringhe o aghi
infetti, inoculazioni realizzate da artropodi vettori.
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ENTRATA
Più frequentemente avviene per inalazione o ingestione,
quindi per superamento delle barriere mucose delimitanti le
vie aeree o il lume intestinale.
In questo caso il virus deve possedere adeguati caratteri di
resistenza (virulenza) che gli consentano di sfuggire ad
una inattivazione inevitabile ad opera di diversi fattori
aspecifici di difesa presenti in corrispondenza delle mucose
(muco, pH acido, sali biliari, enzimi proteolitici, ecc.).
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ENTRATA
In alcuni virus è dimostrato che la resistenza
all’inattivazione è legata alla presenza, nel virione, di
singoli polipeptidi adeguatamente configurati:
Ad esempio:
nel virus influenzale, la neuraminidasi è deputata
ad evitare il blocco degli anti-recettori virali da
parte degli acidi sialici presenti nel muco delle vie
aeree.
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ENTRATA
L’effettiva penetrazione del virus attraverso le mucose
avviene in genere per una sua diretta replicazione
nelle cellule con le quali è venuto inizialmente a
contatto.
In alternativa (reovirus, forse poliovirus), esiste la
possibilità di un attraversamento passivo mediato da
cellule epiteliali “specializzate” (le cosiddette cellule
M o cellule “microfold”), che:
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ENTRATA: cellule M o “microfold
ricoprono accumuli di cellule linfoidi in immediato contatto con
l’epitelio mucoso (placche di Peyer dell’intestino, tessuto
linfoide tonsillare, tessuto linfoide bronchiale) e
sono dotate di attiva capacità fagocitaria nei confronti di vari
materiali particolati o macromolecolari estranei, che esse
trasferiscono al tessuto linfoide sottostante, con il quale
sono intimamente associate attraverso una serie di processi
citoplasmatici.
Il virus, inglobato in vacuoli, viene trasferito al tessuto linfoide
sottostante, il quale, oltre ad attivare la risposta immunitaria,
può divenire a sua volta sede di replicazione virale o area di
ulteriore transito verso il circolo linfoematico.
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REPLICAZIONE
Avvenuta la penetrazione, il virus va quindi incontro ad una
replicazione primaria nelle cellule permissive dislocate in
corrispondenza o in prossimità del sito di ingresso.
Nel corso di alcune infezioni (da virus influenzale,
rotavirus e altri agenti di enteriti acute) la replicazione
primaria può assumere estensione tale da divenire essa
stessa causa di malattia;
in questi casi il processo infettivo può rimanere
localizzato sia per peculiari caratteristiche del virus, sia
per una pronta attivazione delle risposte immunitarie.
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In altre situazioni (malattie
esantematiche, infezioni da
virus parotitico, poliovirus,
coxsackievirus, ecc.) la replicazione
primaria è limitata
e quasi sempre asintomatica
o paucisintomatica
(manifestazioni della fase
prodromica della malattia).
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II virus ha il tempo di diffondersi
in aree distanti dal
sito di ingresso e di andare
incontro a cicli di replicazione
secondaria.
L’infezione si estende ad organi
diversi; ad una prima
viremia segue una seconda
viremia, sostenuta dalla nuova
localizzazione virale e
perdurante fino alla definitiva
attivazione delle risposte immunitarie
dell’ospite.
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DIFFUSIONE
Nelle infezioni disseminate così instauratesi la diffusione
virale può avvenire per vie differenti:
1) Linfatica 2) Ematica 3) Neuronale
con differenti modalità sotto forma di:
virioni liberi (enterovirus) o
virioni associati ad elementi linfo-monocitari circolanti (virus del
morbillo, herpesvirus, ecc.)
Come la penetrazione, anche la diffusione è spesso condizionata
dalla capacità del virus di esprimere caratteri di
virulenza, che gli consentano di superare i meccanismi di
difesa dell’ospite, sia aspecifici che specifici e particolarmente
efficienti, a livello linfoematico, in ambedue le componenti
umorale e cellulare.
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DIFFUSIONE PROTETTA
Ha una grande rilevanza la proprietà esibita da alcuni
virus di infettare i linfociti B e T e gli elementi
circolanti della serie monocito- macrofagica.
fra i virus umani hanno questa proprietà:
il virus di Epstein-Barr (linfociti B),
il virus herpes simplex,
il citomegalovirus,
il virus della rosolia
i virus della febbre gialla, della dengue e di altre febbri
emorragiche.
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TRASMISSIONE
Orizzontale: Ospite -> Ospite
Diretto - contatto o areosol
es. HIV, herpes, influenza, papillomaviruses
Indiretta - feci, acqua, aghi, mediata da vettori
es. epatite A, B e C, febbre gialla
Verticale: Ospite ->progenie: trasmissione congenita
es. rosolia, citomegalovirus
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TRASMISSIONE DEI VIRUS
Via respiratoria
es. Influenza A
Via oro-fecale
es. Epatite A
Trasmesse Sessualmente
es. papillomavirus
Infezioni Zoonotiche
Virus della Febbre Gialla
Virus della Rabbia
Flavivirus
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I SITI DI TRASMISSIONE
Cute: papillomavirus (piccole lesioni), rabbia (morsi)
Vie respiratorie: rhinovirus, morbillo, herpesvirus
Apparato gastrointestinale: poliovirus, epatite A,
rotavirus
Apparato genitale: spesso trasmesse sessualmente, HIV,
herpesvirus, papillomavirus
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RECETTORI E CO-RECETTORI VIRALI
Virus Recettore Co-recettore
HIV CD4 CCR or CXC recettori
per chemochine
EBV
recettore per
il complemento:
recettore CR2
HSV I eparan solfato tipo immunoglobulina
Poliovirus
Influenza A
Rhinovirus
della famiglia delle immunoglobuline
acido sialico
ICAM-1
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TROPISMO DI ORGANO
II tropismo cellulare e tessutale del virus è un
ulteriore fattore di grande rilevanza nella
caratterizzazione del processo infettivo.
Esso è in stretta dipendenza della presenza di
strutture complementari sulla superficie del virus e
sulla superficie delle cellule bersaglio.
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Organi bersaglio
Il coinvolgimento d'organo, in corso
di infezioni sia localizzate che
disseminate, può dipendere dalle
modalità e capacità di penetrazione
del virus.
Certamente è condizionato dal
tropismo del virus e dalla permissività
dell’organo alla com-pleta
e produttiva replicazione virale.
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LE LESIONI
Realizzatasi l’infezione, negli organi interessati possono venirsi a
determinare differenti tipi di lesioni anatomo-funzionali.
azione citopatogena del virus
attivazione delle risposte immunitarie dell’ospite;
modificando il tipo di rapporto instaurato dal virus con le
cellule infette;
epressione delle risposte immunitarie
LA MALATTIA SI MANIFESTA
diversi meccanismi patogenetici intervengono singolarmente;
più di un meccanismo è coinvolto nell'effettivo determinismo
della malattia.
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LESIONI DIRETTAMENTE PROVOCATE DAL VIRUS
INFEZIONE CITOCIDA
latente,
persistente
produttiva,
trasformazione oncogena
MALATTIE
Acute
Recidivanti
Croniche
Lente
Neoplastiche
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INFEZIONI CITOCIDE
il virus si replica produttivamente nelle cellule infette e
determina in esse modificazioni irreversibili e di entità
tale da provocare la morte cellulare in un arco di tempo
variabile da alcune ore a pochi giorni.
Le malattie sono quasi sempre acute e caratterizzate da
brevi periodi di incubazione (influenza, poliomielite,
enteriti, encefaliti erpetiche, encefaliti da togavirus, ecc.);
l’immunità esercita un ruolo in genere protettivo.
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EVENTI DEGENERATIVI
di seguito all’adsorbimento del virus alla cellula;
si manifestano in fasi successive del ciclo moltiplicativo
si amplificano durante la sua diffusione
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EFFETTO CITOPATICO
lesioni di tipo degenerativo, ingravescenti con il
progredire del ciclo moltiplicativo virale, raggiungono
la massima intensità al momento della
formazione della progenie virale matura:
questo tipo di effetto citopatico è in genere
caratteristico dei virus con capside isometrico,
sprovvisti di pericapside, che si accumulano
all’interno delle cellule e si liberano per lisi di
quest'ultime
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EFFETTO CITOPATICO
formazione di estesi sincizi o policariociti
derivati dalla fusione di cellule infette contigue,
seguita tardivamente dalla comparsa di lesioni di
tipo degenerativo, caratteristica dei Paramyxovirus
e di alcuni ceppi di Herpesvirus e Poxvirus, di
virus cioè costantemente provvisti di pericapside
lipoproteico derivato dalla membrana cellulare
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EFFETTO CITOPATICO
comparsa di lesioni degenerative, tardive rispetto
all’inizio della liberazione del virus neoprodotto,
caratteristica di ribovirus forniti di pericapside, ma non
sinciziogeni (in particolare Orthomyxovirus).
IN VIVO CI SONO IMMAGINI
citoplasmatiche
nucleari:
degenerazione balloniforme
vacuolizzazione
poichilocitosi
degenerazione spongiforme
picnosi
aggregazioni
marginazione cromatinica
cellule giganti.
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INCLUSIONI CELLULARI
accumuli, in determinate zone cellulari, di materiale
neoprodotto che spinge alla periferia, o sostituisce,
il materiale cellulare circostante:
aggregazioni di virioni neo-prodotti
accumuli di subunità virali non assemblate
corpi del Negri ->
virus della rabbia;
corpi di Guarnieri -> Poxvirus del gruppo vaiolo-vaccino
corpi di Torres -> virus della febbre gialla
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EFFETTO CITOPATICO
Le cause della citocidia sono EVENTI più o meno
precoci, capaci:
di vanificare l’importante meccanismo di difesa cellulare
costituito dalla produzione di interferoni,
di favorire l’utilizzazione di una larga parte del macchinario
proteino-sintetico cellulare per la realizzazione
delle sintesi virus-specifiche:
Questi EVENTI sono:
blocchi delle sintesi macromolecolari cellulari
alterazioni della membrana citoplasmatica e delle
membrane lisosomiali.
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INIBIZIONE delle SINTESI MACROMOLECOLARI CELLULARI
a vari livelli -> diverse infezioni ->da virus citocidi
provocate da proteine “precoci virus-indotte” con danni
irreversibili in assenza di progenie infettante (cicli
replicativi virali incompleti o abortivi)
i poliovirus sono responsabili dell’inattivazione di una
proteina cellulare (cap-binding protein), necessaria per la
traduzione dei messaggeri cellulari, deputata all’inserimento
della struttura mGpppN in corrispondenza del 5'
degli mRNA cellulari, ma non di quelli virali:
INIBIZIONE SELETTIVA DELLE SINTESI
PROTEICHE CELLULARI.
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INIBIZIONE delle SINTESI MACROMOLECOLARI CELLULARI
Virus influenzale:
un enzima virus-specifico determina il trasferimento di residui
guaninici metilati e di alcuni nucleotidi terminali
dall'estremità 5' degli mRNA cellulari
all'estremità 5' degli mRNA virali
I MESSAGGERI CELLULARI SONO COSÌ INIBITI,
MENTRE QUELLI VIRALI ATTIVATI.
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MODIFICAZIONI della MEMBRANA CITOPLASMATICA
Dopo l’adsorbimento del virus alla cellula, si possono determinare in essa
precoci turbe metaboliche ed alterazioni irreversibilmente evolutive.
in seguito a contatto con virus sia “nudi” che con pericapside, la
membrana va infatti incontro a:
rapido e marcato incremento del suo grado di fluidità
transitorie depolarizzazioni
alterazioni nelle proprietà di trasporto responsabili di liberazione
di metaboliti
potassio intracellulare,
aumentato influsso di sodio e in un secondo tempo anche di
potassio
Infezioni da poliovirus: l’elevata concentrazione
intracellulare di Na+ può agire favorendo le
traduzioni virali a scapito di quelle cellulari.
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INFEZIONI VIRALI PERSISTENTI
Infezioni Latenti
dopo un’infezione acuta, il virus diventa
latente con una replicazione limitata
/parziale. Persiste in cellule quiescienti
e in crescita: ad es HSV-I/II e VZV
Infezioni Croniche Persistenza virale con replicazione
attiva: può causare malattia
per es. HBV, HCV e JCV
transformazione di cellule di solito do-
po anni di persistenza ad es. HBV,
HTLV-I/II e HPV
Infezioni Croniche
con neoplasie
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SITI DI PERSISTENZA
Herpesvirus: Herspes simplex
Epstein-Barr Virus
Citomegalovirus
gangli sensitivi dorsali
linfociti B
linfociti?
Lentivirus: HIV macrofagi/microglia
Hepadnavirus: HBV e HCV
fegato e altri siti?
Papovavirus: JCV oligodendrociti
BKV
cellule epiteliali renali
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RISPOSTE IMMUNI SPECIFICHE
1. Anticorpi Neutralizzanti: proteggono da infezioni
secondarie
2. Risposte Cellulo-mediate: Linfociti T citotossici importanti
per eliminare l’infezione primaria
3. Lisi mediata da complemento.
La patologia nelle infezioni virali è spesso mediata
dalla risposta immune: immunopatologia
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COME I VIRUS ELUDONO LE RISPOSTE IMMUNI DELL`OSPITE
1. Infezione latente – ad es. Herpes simplex 1 nei gangli
sensitivi dorsali. In queste cellule nervose mRNA e proteine
virali sono prodotte in minime quantità. Pertanto l`ospite non
si accorge della presenza del virus.
2. Mutazioni – ad es. HIV e il virus dell`influenza A modificano
i loro profili mediante variazioni antigene (drift) e, nel caso
del virus influenzale, deviazioni (shift) antigeni.
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COME I VIRUS ELUDONO LE RISPOSTE IMMUNI DELL`OSPITE
3. Inibizione del riconoscimento immune di cellule infettate
da virus
cellule bersaglio che esprimono poche molecole di HLA
classe I sulla loro superficie, ad es. i neuroni.
riduce i livelli di HLA di classe I sulla superficie cellulare,
ad es. HSV I
inibisce il processing di antigeni, ad es. adenovirus.
4. Prende come bersaglio le citochine dell`ospite
inibisce le citochine pro-infiammatorie, ad es. IL-2
libera citochine che stimolano la risposta Th2 (T helper
2), ad es. EBV
codifica un omologo di IL-10, che stimola le risposte Th2.
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