ORTHOMYXOVIRUS AA 2019-2020 - GIOVANNI DI BONAVENTURA, PHD UNIVERSITÀ DI CHIETI-PESCARA CDS MEDICINA E CHIRURGIA - SCUOLA DI MEDICINA E SCIENZE ...

Orthomyxovirus
 Giovanni Di Bonaventura, PhD
  Università di Chieti-Pescara

   CdS Medicina e Chirurgia
        AA 2019-2020

Orthomyxovirus
   Caratteri generali

▪ Famiglia Orthomyxoviridae, comprendente 5 generi (o tipi):
     ▪ Virus influenzali A, B, C patogeni per l’uomo (A anche per suini, uccelli)
     ▪ Thogotovirus, modesta patogenicità per l’uomo
     ▪ Isavirus, patogeno nei pesci

▪ Virione (d=80-120 nm) pleomorfo (sferici o filamentosi)
▪ Envelope dotato di proiezioni formate da glicoproteine
  (emoagglutinina, HA; neuraminidasi, NA; HA/NA=5)
▪ Matrice costituito da proteina M, precursore delle proteine
  M1 ed M2 che intervengono nella fase di maturazione
▪ Nucleocapside (d=9-15 nm) a simmetria elicoidale,
  contenente:
  ▪ genoma (12-16 kb) costituito da ssRNA segmentato (8 segmenti in A e B; 7 in C per assenza di NA,
    sebbene la sua funzione sia vicariata da HA); ogni segmento (senso -) è associato ad una
    nucleoproteina (NP)
  ▪ trascrittasi (RNA-pol-RNA-dipendente) (subunità PB1, PB2, PA)
  ▪ NS1, NS2: regolano trasporto RNA genomico, evitandone lo splicing; NS1 regola morfogenesi virale

Orthomyxovirus
   Emoagglutinina e neuraminidasi
▪ Emoagglutinina (H) = trimero con forma di spicola, è l’antirecettore    H
   ▪ riconosce residui di acido sialico legato a Gal mediante legame
     α-2,6 (adsorbimento)
   ▪ ciascuna subunità viene attivata da una proteasi che la scinde in
     2 porzioni unite da legami S-S
   ▪ proteina di fusione (scapsidazione)
   ▪ stimola la produzione di anticorpi neutralizzanti
   ▪ agglutina gli eritrociti umani
   ▪ modificazioni nella sua struttura (18 tipi: HA1-H18; solo HA1,
     HA2 e HA3 stabili nell’uomo) causano variabilità antigenica
     minore (“drift” o deriva antigenica) e maggiore (“shift”)
                                                                          N
▪ Neuraminidasi (N) = tetramero dotato di attività enzimatica
    ▪ taglia il residuo di acido sialico delle glicoproteine (recettore
       cellulare), prevenendo l’agglutinazione dei virioni e
       facilitandone la liberazione
    ▪ subisce modificazioni soltanto nel virus influenzale tipo A (11
       tipi: N1-N11; solo N1 e N2 stabili nell’uomo)

Orthomyxovirus
   Ciclo replicativo

1. Adsorbimento virale, mediato da HA (HA1-18, tropismo), a
   residui di acido sialico di glicoproteine di superficie cellulare
   ed internalizzazione per endocitosi mediata da recettore
2. Scapsidazione: acidificazione endosomale (per opera di M2 che agisce da pompa
   protonica), modificazione HA2 e attivazione proteolitica con fusione envelope-
   membrana endocitica HA-mediata; liberazione del nucleocapside e degradazione
   capside. Migrazione complessi RNP verso il nucleo* (NP-mediata)

3. Trascrizione genoma (RNA-pol-RNA-dip virale) e formazione di cap-mRNA-poliA
     ◼ frammenti RNA cellulare necessari per «innesco» trascrizione

4. Traduzione citosolica mRNA in proteine (NS1-2, PB1-2, NP, M1-2)
4. Modificazione (glicosilazione) HA e NA nel RE e nel Golgi e trasferimento verso membrana
5. Replicazione del genoma in sede nucleare
      ▪ protezione di RNA genomico da splicing
6. Trasferimento RNA genomico nel citosol, associazione con NP e assemblaggio di nucleocapsidi
7. Gemmazione apicale mediata da proteina M1 e liberazione virioni facilitata dal clivaggio dei residui
   di acido sialico da parte di NA
                                                                                          *eccezione in RNA-virus

Orthomyxovirus
Nomenclatura

▪ Nomenclatura ceppi tipo A
   ▪ tipo
   ▪ luogo primo isolamento
   ▪ numero sequenziale isolamento
                                                      A/Moscow/10/1999(H3N2)
   ▪ anno del primo isolamento
   ▪ sotto-tipo (assetto antigenico NA e HA)

▪ Nomenclatura ceppi tipo B
   ▪ tipo
   ▪ luogo primo isolamento
                                           B/Hong Kong/330/2001
   ▪ numero sequenziale isolamento
   ▪ anno del primo isolamento
   Un solo sierotipo: tasso di mutazione 2-3 vv inferiore vs. tipo A; minore diversità genetica

Orthomyxovirus                                                           L’assetto M1, M2, NP determina
                                                                           la distinzione nei 3 sierotipi
  Variabilità genica
 Tipo A: reservoir animale (uccelli acquatici); anatra (asintomatica, ad eccezione di virus con H5 o H7
 che causano epizoozie ad elevata mortalità) infetta suino/pollo che, a sua volta, infetta l’uomo;
 possibili epidemie e pandemie
 Tipo B: circolazione interumana; può causare epidemie
▪ La presenza di un genoma segmentato conferisce ai virus influenzali una
  rilevante variabilità genetica:
      ▪ mutazione geni per H ed N
          ▪ antigenic “drift” (modificazioni antigeniche minori) nei virus A e B
          ▪ 18 sottotipi H e 11 sottotipi di N, presenti in differenti combinazioni
          ▪ fenomeni epidemici (a cadenza quasi annuale)
      ▪ riassortimento tra genomi di ceppi diversi
           ▪ antigenic “shift” (modificazioni antigeniche maggiori) solo in tipo A
           ▪ epitelio respiratorio del suino viene co-infettato da virus aviario e virus
             umano, in quanto presenta residui di acido sialico legato a galattosio
             sia mediante legame α-2,3 (virus umano) che α-2,6 (virus aviario)
           ▪ fenomeni pandemici (H1N1: «spagnola», 1918; H2N2: «asiatica»,
             1957; H3N2: «Hong Kong», 1968)

 Tipo C: circolazione interumana, raramente causa infezioni che inoltre si rivelano essere di modesta gravità
▪ Non presentano sostanziali differenze antigeniche in H e N

Pandemie influenzali del XX secolo

                        La più famosa e grave pandemia influenzale fu
                        causata dalla influenza “spagnola”.
                        Nel 1918-1919 causò la morte di circa 40 milioni di
                        persone, assai più che la Prima Guerra Mondiale.

The “Shattuck Flu Map” (Institute of Disease Modeling)

Orthomyxovirus
  Patogenesi & immunità

▪ Contagio per via inalatoria (aerosols) o per contatto (mani)
▪ Breve incubazione (1-2 giorni)
▪ Iniziale infezione citocida del tratto respiratorio superiore
  (cellule ciliate, cellule secernenti muco)
▪ Possibile diffusione al tratto respiratorio inferiore
  (polmoni) dove rimane circoscritta
▪ La ridotta clearance batterica da parte dell’epitelio ciliato,
  unita alla aumentata adesività batterica, può causare
  superinfezioni batteriche (bronchite, polmonite) e
  mortalità in soggetti anziani, defedati o con affezioni
  respiratorie croniche

▪ Sintomatologia e durata (risoluzione spontanea in 5-7 giorni) della malattia dipendenti da
  azione Interferon (influenza virus è eccellente induttore di IF), dalla risposta cellulo-mediata
  (virus compromette macrofagi e linfociti T) e dall’entità del danno tessutale
▪ Risposta anticorpale specifica (in particolar modo, IgA anti-H e -N) per ciascun ceppo
  influenzale e protettiva (le re-infezioni sono rare)

Orthomyxovirus
Sindromi cliniche

▪ Breve periodo di incubazione (1-3 giorni)
▪ Prodromo (alcune ore): malessere, cefalea
▪ Influenza acuta negli adulti
    ▪ repentini attacchi febbrili, malessere, mialgia, gola
       infiammata, tosse non produttiva, inappetenza
    ▪ febbre persiste per 3-6 giorni e, in assenza di complicazioni, si ha guarigione in 7-10 giorni

▪ Influenza acuta nei bambini (< 3aa)
    ▪ malattia acuta simile a quella degli adulti ma con febbre più alta (convulsioni), sintomi
       gastrointestinali (dolori addominali, vomito), otite media, miosite e più frequentemente
       croup

▪ Complicazioni (soprattutto negli anziani, defedati o con infezioni respiratorie croniche)
    ▪ polmonite virale primaria o batterica secondaria (S. pneumoniae, S. aureus, H. influenzae)
      con espettorato produttivo e purulento
    ▪ miosite
    ▪ coinvolgimento cardiaco
    ▪ sindromi neurologiche (sindr. di Guillain–Barrè, encefalopatia, encefalite, sindrome di Reye)

Orthomyxovirus
Epidemiologia
▪ Geografia
   ▪ ubiquitari
   ▪ maggiore prevalenza in Cina: elevata densità di popolazione, prossimità dell’uomo con
     animali (maiali, volatili, anatre)
   ▪ malattia “stagionale”: maggiormente diffusa in inverno (maggiore frequentazione di
     ambienti ad elevata densità di popolazione; ridotte difese immunitarie)
▪ Trasmissione
    ▪ mediante inalazione di aerosol (prodotto durante fonazione, tosse e respirazione)
    ▪ tramite fomites (mani)
    ▪ il virus predilige i climi freschi e poco umidi
    ▪ largamente diffuso nei bambini in età scolare
▪ Soggetti a rischio
    ▪ bambini: infezioni delle vie respiratorie (da asintomatiche a gravi)
    ▪ adulti
    ▪ ad alto rischio: anziani (elevata mortalità se età > 65 aa), immunocompromessi, pazienti
      cardiopatici e respiratori cronici (compresi asmatici e fumatori), donne in gestazione

Orthomyxovirus
Diagnosi di laboratorio

▪ Diagnosi clinica in corso di epidemia
▪ Diagnosi di laboratorio: i) epidemiologica (tipizzazione
  virus); ii) differenziale (vs. altri virus respiratori)
▪ Campioni clinici: secrezioni faringo-bronchiali
▪ Isolamento virale:
    ▪ in embrione di pollo (cavità amniotica)
    ▪ in colture primarie di rene di scimmia o cane (linea
       Madin-Darby); CPE dopo 2 giorni
    ▪ necessaria per definire gli stipiti che dovranno
       essere inseriti nel vaccino; le caratteristiche
       antigeniche dei ceppi virali influenzali circolati
       nell’ultima stagione influenzale rappresentano la
       base per selezionare i ceppi da includere nel vaccino
       dell’anno successivo
▪ Identificazione: ricerca di Ag in colture cellulari,
  mediante immunofluorescenza, immunoenzimatica od
  inibizione dell’emoagglutinazione
▪ Indagine sierologica (aumentato titolo Ab da fase acuta a
  convalescenza) utile solo a fini epidemiologici

Orthomyxovirus
 Controllo dell’infezione
 TERAPIA
 ▪ Amantadina, rimantadina
      ▪ interagiscono con la proteina M2, inibendo così la
        scapsidazione virale (solo vs. tipo A)
 ▪ Zanamivir (Relenza®), oseltamivir (Tamiflu®)
      ▪ analoghi dell’acido sialico, inibiscono N (tipi A e B);
        H lega acido sialico con formazione di aggregati virali,
        impedendo il rilascio cellulare dei virus neoformati
CONTROLLO
   ▪ E’ impossibile limitare la diffusione aerea del virus influenzale (igiene respiratoria, lavaggio delle mani)
   ▪ Il controllo ottimale è rappresentato dall’immunizzazione:
         ▪ naturale: in seguito ad un’esposizione primaria, è protettiva per lunghi periodi
         ▪ acquisita (raccomandabile per i soggetti a rischio):
             ▪ vaccino inattivato, composto da virus inattivati con un detergente (vaccino split, trivalente o
               tetravalente) oppure dalle proteine H e N purificate (vaccino a sub-unità)
             ▪ vaccino virosomale, costituito da liposomi che nel loro doppio strato fosfolipidico incorporano
               le proteine virali per ottenere una più elevata immunogenicità
             ▪ vaccino con virus vivi e attenuati (LAIV), preparato per riassortimento genico tra stipiti tipo A e
               B «di laboratorio» (attenuati ed incapaci di replicare a 37°C) e stipiti «selvaggi» indicati da
               OMS; somministrato come spray intranasale, in soggetti di età inferiore ai 60 anni