Effetti diversi e fago-specifici dei virus batterici sul sistema immunitario

“Con la crescente minaccia della resistenza agli antibiotici, l’interesse per la fagoterapia (PT) come possibile soluzione a questa crisi è aumentato rapidamente. Recentemente sono stati pubblicati diversi rapporti che descrivono il trattamento di successo di pazienti con infezioni batteriche potenzialmente letali resistenti agli antibiotici, inclusi riceventi di allotrapianti polmonari e trattamenti con fagi geneticamente modificati. Inoltre, negli Stati Uniti è stato aperto il primo centro di PT, dopo la fondazione di un’unità simile in Belgio. Questi sviluppi confermano la nostra decisione di fondare nel 2005 la prima unità di questo tipo, che opera in conformità con l’UKORE e le normative nazionali, contribuendo a spianare la strada a futuri progressi nella PT come opzione per combattere la crisi della resistenza agli antibiotici. Ampie prove derivanti da studi osservazionali indicano la sicurezza della PT. Inoltre, diversi studi clinici sono stati completati (tra cui uno secondo tutti gli standard richiesti di buona pratica medica e medicina basata sull’evidenza) e altri sono in corso. Tuttavia, questi studi devono ancora fornire la prova definitiva dell’efficacia della PT[1-4]. Mentre continua la lotta per la registrazione e l’immissione in commercio dei fagi come farmaci, si sono accumulati dati paralleli che suggeriscono che i fagi possano interagire non solo con i batteri, ma anche con le cellule eucariotiche (comprese le cellule del sistema immunitario). Pertanto, non si può escludere che in futuro, dopo la scoperta dei fagi, la ricerca si sposti verso le interazioni fago-sistema immunitario, mentre finora ha dominato il lavoro sulle interazioni dei fagi con il loro bersaglio naturale (i batteri). Resta la speranza che i progressi simultanei in entrambi i campi di ricerca possano portare risultati positivi per la salute umana, sia nella lotta contro le infezioni batteriche resistenti agli antibiotici, sia nello sviluppo di nuovi agenti antinfiammatori e immunomodulatori con tossicità minima ed efficacia soddisfacente[4,5].

Abbiamo formulato un’ipotesi secondo cui i fagi presenti nell’intestino possono migrare nel sangue, nella linfa e negli organi, mediando effetti antinfiammatori e contribuendo alla tolleranza immunologica e all’omeostasi immunitaria, sia in situ che in altre parti del corpo[6]. I risultati degli studi lo confermano e, inoltre, ogni giorno oltre 30 miliardi di fagi attraversano l’epitelio intestinale per transcitosi e si distribuiscono nel sangue, nella linfa e negli organi[7]. Inoltre, anche altri tipi di cellule, comprese le cellule immunitarie, possono assorbire i fagi attraverso la via endocitica[8].

Il concetto emergente del fago, che comprende non solo predatori batterici ma anche potenziali sostanze antinfiammatorie e immunomodulanti, richiede ulteriori indagini dettagliate. Un punto critico da chiarire è la specificità del fago nel mediare determinate risposte immunitarie. I fagi sono noti per la loro elevata specificità verso i batteri, stabilita da decenni e utilizzata nella tipizzazione fagica per classificare diversi ceppi batterici. Le attività immunotrope sono anch’esse fago-specifiche o i fagi inducono risposte simili indipendentemente dal tipo di fago?

Si ritiene che le proteine del capside fagico possano essere le principali responsabili delle proprietà biologiche del fago non correlate alle interazioni con i batteri. Queste proteine differiscono nella loro immunogenicità e possono indurre diverse risposte anticorpali ai fagi, il che dipende anche dalla via di somministrazione. Inoltre, diversi ceppi di un fago omologo che riconoscono un determinato batterio possono esprimere proteine diverse[9,10] e conferire al fago funzioni differenti (ad esempio, persistenza nella circolazione ed effetti antimetastatici). Ad esempio, un mutante del fago T4, HAP1, con una proteina Hoc non funzionale, è più suscettibile alle cellule di Kupffer del fegato e viene eliminato più rapidamente rispetto al suo ceppo parentale. Esistono anche differenze tra i fagi HAP1 e T4 nelle loro interazioni con le cellule T e il fibrinogeno[11,12].
I primi studi sugli effetti dei fagi su altre funzioni immunitarie indicano che gli effetti possono variare a seconda del tipo di fago. Ad esempio, il colifago T4 purificato inibisce la proliferazione delle cellule T umane indotta dal complesso CD3-TCR, mentre il fago stafilococcico purificato esercita un effetto co-stimolatorio[12]. Uno studio dettagliato sui fagi degli stafilococchi e di Pseudomonas ha rivelato che, sebbene questi fagi abbiano indotto risposte simili nelle cellule mononucleate del sangue periferico umano attraverso la sovraregolazione dell’espressione genica delle citochine antinfiammatorie, degli antagonisti del recettore IL-1 e dei soppressori del segnale delle citochine 3, la loro influenza su altre funzioni immunitarie era limitata allo specifico fago. Una citochina protollerogena e antinfiammatoria, l’IL-10, è stata indotta da tutti i fagi di Pseudomonas testati, ma non da un fago stafilococcico. D’altra parte, quest’ultimo fago ha causato il TNFα, mentre solo due dei quattro fagi di Pseudomonas esaminati hanno avuto effetti simili. Inoltre, il gene TLR4 è stato sottoregolato esclusivamente da un fago PMN di Pseudomonas, il che indica il suo effetto antinfiammatorio (l’attivazione di TLR4 causa la secrezione di citochine proinfiammatorie)[13]. La diversità dell’azione dei fagi sul sistema immunitario è stata confermata anche da dati recenti che mostrano come un fago filamentoso di Pseudomonas Pf inibisca la produzione di TNF e la fagocitosi, mentre il fago filamentoso Fol di Escherichia coli non ha tali effetti[8]. Inoltre, i nostri dati suggeriscono che sia il colifago T4 che il fago A5/80 di Staphylococcus aureus riducono significativamente l’espressione dei geni dell’adenovirus umano, ma la sintesi del DNA virale è inibita solo dal colifago T4[14]. Inoltre, vi sono prove che i fagi temperati e litici possano differire nel loro effetto sul sistema immunitario[8]. In effetti, i profagi sono il fattore principale della eterogeneità batterica del sistema immunitario tra i ceppi, che si manifesta come variazione delle risposte immunitarie adattative delle cellule T e B dei linfociti umani in vitro a S. aureus e Streptococcus pyogenes[15].

Gli effetti immunomodulatori e antinfiammatori dei fagi possono anche essere specifici per cellula e tessuto. La somministrazione intranasale del colifago 536_P1 (ma non di LM33-P1) in topi con polmonite sperimentale ha portato a un aumento delle citochine e chemochine polmonari antivirali. Nessuno dei due fagi ha evocato cambiamenti nei livelli ematici di citochine/chemochine, il che suggerisce anche che gli effetti dei fagi sul sistema immunitario possono avere diverse manifestazioni in vari compartimenti del corpo[16]. La capacità del fago di mediare un’attività tessuto-specifica è confermata da Pincus et al.[17], dove il fago stafilococcico non ha indotto citochine proinfiammatorie nelle cellule mononucleate del sangue periferico umano, ma potrebbe aver indotto l’IFN-γ nei cheratinociti umani. Inoltre, abbiamo dimostrato che i fagi stafilococcici A5/80 aumentano l’espressione di Il-2 nella linea cellulare A549[18]; un’attività che non è stata ancora riportata per l’azione dei fagi su altri tipi cellulari in studi in vitro. Un aumento dei livelli sierici di Il-2 in risposta alla somministrazione di fagi è stato recentemente riportato anche in topi trattati con fagi di Acinetobacter baumannii, ma la loro fonte cellulare è sconosciuta[19].

Come già accennato, dati recenti indicano che i fagi possono essere interiorizzati dalle cellule di mammifero e da un gran numero di transcitosi attraverso le cellule epiteliali intestinali, mentre anche le cellule immunitarie internalizzano i fagi, in particolare le cellule dendritiche (DC), i monociti e le cellule B[7,8]. Recentemente abbiamo descritto una chiara stimolazione fago-dipendente del gene Hsp72[18]. Questa induzione di un noto chaperone cellulare può essere un meccanismo per proteggere le cellule sottoposte a transcitosi da possibili lesioni causate da fagi intracellulari. Inoltre, è noto che Hsp72 riduce la proliferazione delle cellule T e la secrezione di citochine indipendentemente dagli stimoli utilizzati e inibisce la capacità delle DC di stimolare le cellule T allogeniche. Ciò può indicare che Hsp72 potrebbe essere utilizzato come immunomodulatore[20]. È stato anche dimostrato che sopprime l’artrite sperimentale nei ratti[21]. Abbiamo riferito che i fagi possono inibire lo sviluppo dell’artrite indotta da collagene nei topi, un modello sperimentale di artrite reumatoide[22]. Interessantemente, in questo modello è stato anche dimostrato che Hsp72 sopprime l’artrite[23]. È molto probabile che l’induzione fago-dipendente di Hsp72 sia almeno in parte responsabile dell’inibizione delle risposte immunitarie anormali causate dal fago (comprese l’autoimmunità e l’iperinfiammazione)[24].
Le interazioni dei fagi con le cellule immunitarie possono dipendere da specifici recettori fagici che consentono tali interazioni. Al momento sono disponibili pochi dati sulla natura di tali recettori. Pruzzo et al.[25] hanno suggerito che i colifagi T3 e T7 potrebbero aderire alle cellule epiteliali con i loro recettori per Klebsiella pneumoniae. La nostra ipotesi indicava una sequenza Lys-Gly-Asp (KGD), presente in una delle proteine del capside del fago T4, come potenziale ligando per i recettori delle integrine cellulari[24]. Lehti et al. hanno dimostrato che il fago di E. coli può riconoscere e legarsi alle cellule di neuroblastoma che presentano acido polisialico sulla loro superficie[26]. Se l’acido polisialico è effettivamente un ligando per i recettori di alcuni fagi, potrebbe consentire a questi fagi di legarsi alle cellule immunitarie, poiché la presenza di acido polisialico è stata rilevata anche su DC umane, cellule NK e una sottopopolazione di cellule T[27,28]. È quindi probabile che diversi fagi possano utilizzare vari ligandi cellulari per legarsi e transcitare nelle cellule bersaglio, comprese quelle del sistema immunitario. In particolare, anche una singola sostituzione amminoacidica in una proteina del capside fagico può causare un miglioramento di oltre 1000 volte della sopravvivenza del fago nella circolazione del topo, il che probabilmente riflette interazioni modificate tra fagi e fagociti (e forse altre cellule che endocitano i fagi)[29].

I fagi non solo colpiscono determinati batteri, ma possono anche causare – almeno in parte – risposte immunitarie fago-specifiche. Questi risultati aprono un nuovo ed entusiasmante campo per ulteriori ricerche sull’importanza di tali reazioni per la salute e la malattia. Inoltre, questi dati suggeriscono che un determinato fago potrebbe essere selezionato in modo ottimale per l’uso nella PT tra vari ceppi di fagi che riconoscono un determinato batterio, tenendo conto sia della sua attività antibatterica che del tipo di risposta immunitaria che può evocare. Ciò è importante nei pazienti con immunodeficienze, autoimmunità, riceventi di allotrapianti, ecc., che – a seconda della natura della loro malattia – necessitano di immunostimolazione o immunosoppressione. Ovviamente, ulteriori ricerche in questo campo possono spianare la strada all’uso di fagi specifici nell’immunomodulazione.”

Traduzione della fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6802706/

Effetti diversi e fago-specifici dei virus batterici sul sistema immunitario
Andrzej Górski, Ryszard Międzybrodzki, Ewa Jończyk-Matysiak, Maciej Żaczek e Jan Borysowski