Anche se asintomatiche o non correlate a patologia, le infezioni virali intestinali sembrerebbero indurre alterazioni specifiche e talvolta persistenti nel profilo immunitario dell’ospite al pari della controparte batterica. Maggiore attenzione andrebbe quindi posta al viroma nella determinazione della risposta immunitaria in una certa condizione.

A dirlo è lo studio di Simone Dallari e colleghi della New York University Grossman School of Medicine (USA) di recente pubblicato su Cell Host & Microbe.

Virus intestinali poco conosciuti

L’approfondimento sulla relazione simbiotica tra l’ospite e il microbiota intestinale si è finora concentrato soprattutto sulla componente batterica.

Molto meno si conosce sul rapporto con la popolazione virale (il cosiddetto viroma) e il sistema immunitario in particolare. Virus eucariotici enterici sono presenti sin dai primi mesi di vita in condizioni fisiologiche suggerendo una buona collaborazione con l’ospite, ma non sempre.

Molte sono infatti le patologie immunologiche mediate da virus. Effetti positivi e negativi quindi, ancora del tutto da caratterizzare.

Lo studio su modelli animali

A tal proposito, i ricercatori hanno qui condotto un’ampia analisi della risposta dell’ospite (modelli murini wild-type e germ-free, GF) all’evolversi delle infezioni mediate da 10 agenti virali (due adenovirus MAdV1 e 2), un astrovirus (MuAstV), due calicivirus (MNV CR6 e CW3), un picornavirus (CVB3), due parvovirus (MVMi e MVMp), e due reovirus (T1L e RRV). Di seguito i passaggi e i risultati principali.

Avendo a disposizione diversi virus, i ricercatori hanno per prima cosa testato dopo l’inoculazione per via orale la loro capacità di colonizzazione, persistenza e di sviluppare patologia:

• solo i modelli riceventi CVB3 hanno sviluppato l’infezione patologica (50% di decessi) nonostante la colonizzazione sia stata raggiunta da quasi tutti i ceppi
• nella maggior parte degli infetti l’infezione è risultata asintomatica con assenza di episodi diarroici (o lievi episodi) e ricurvamenti per dolore. Quasi assenti anche le anormalie istologiche
• nonostante l’assenza di malattia, RRV, MadV1, MuAstV e MVMi sono stati riscontrati nel circolo sistemico e, nel più lungo termine, a livello fecale
• confrontando la risposta tra modelli wild-type o germ-free, la componente batterica è risultata coinvolta nello sviluppo dell’infezione e la trasmissione di determinati virus enterici. MNC CW3, ad esempio, sembrerebbe trarre benefici dall’assenza della popolazione batterica

Per verificare quindi se le infezioni asintomatiche siano associate anche con cambiamenti immunologici, è stato monitorato il profilo immunitario di modelli GF infettati con i diversi virus dimostrando come:

• l’infezione abbia promosso l’aumento o diminuzione di vari fattori immunitari soprattutto a livello della lamina-propria di intestino tenue e colon, siti di replicazione
• nonostante ogni virus abbia mostrato effetti immunitari propri e distinti, si è osservato un generale decremento di CD4+ e CD8+ naive T cells (CD62L+CD44-) con un corrispondente incremento di CD4+ CD8+ effettori di memoria T cells (CD62L- CD44+) e risposta Th1 (T-bet+ T cells)

L’attenzione si è quindi focalizzata sulle citochine, permettendo di determinare ulteriormente come gli effetti dei virus non siano famiglia dipendenti ma più influenzati dalla loro identità e genoma. Infatti:

• soprattutto in risposta a MNV CW3 si ha un aumento di macrofagi nella lamina propria dell’intestino tenue, IFN-g+IL-10+ CD4+ T cells (Tr1 cells) invece con il ceppo CR6

• MVMi induce FOXP3+ CD4+ T cells (Tregs) nella lamina propria del colon, MAdV1 di T1L in relazione a quella dell’intestino tenue
• l’aumento di IL-17+ CD4+ T cells si è mostrato specifico per modelli colonizzati con MDF

• la maggior parte dei virus ha aumentato la produzione di IL-22 nella lamina propria di intestino tenue e colon, incluse CD4+ T cells, gd+ T cells, e ILCs. L’incremento è comunque risultato più evidente per i virus non persistenti suggerendo come nonostante la loro temporaneità gli effetti immunitari siano marcati. Tale aumento generale di IL-22 non si è però mostrato in altri tessuti

I ricercatori hanno quindi analizzato il trascrittoma intestinale in presenza dei vari virus:

• 497 e 355 sono i geni differentemente espressi in colon e intestino tenue rispettivamente, in almeno una condizione infettiva rispetto ai modelli germ free di controllo. La disregolazione (come per l’alterazione immunitaria) sembrerebbe verificarsi soprattutto nel sito di replicazione virale
• MNV CR6 e MuAstV1 hanno mostrato il maggior impatto nella regolazione dell’espressione genica
• analisi di Gene-ontology (GO) hanno mostrato come le infezioni virali influenzino vari pathways immuno-correlati soprattutto nel colon. Tra questi, l’immunità antivirale (risposta difensiva all’infezione) o arricchimento di geni associati a IFN-y suggerendo una risposta Th1 mediata
• cellule dendritiche, linfociti T e IL-22 (unica fra le citochine) sono risultate significativamente correlate con le alterazioni nella trascrizione risultando quindi i principali attori della relazione virus-ospite
• 15 e 3 geni hanno mostrato espressione differente rispettivamente nel colon e nell’intestino tenue in almeno metà dei virus testati, incluse le immunoglobuline Igha, Igkc, Iglc1, Jchain, e Pou2af1
• l’aumento di geni antimicrobici è un segnale di colonizzazione batterica simbiotica. L’espressione di vari geni antimicrobici ha infatti mostrato un arricchimento durante l’infezione rispetto ai controlli con, anche in questo caso, alcune peculiarità. MNV CR6, ad esempio, ha indotto la risposta locale IFN-I e ISGs (Isg15, Ifit1, e Oas1a) mediata, non MNV CW3 o altri virus
• MuAstV e T1L hanno invece mostrato di supportare lo sviluppo di cellule B promuovendo l’espressione di regolatori della loro differenziazione quali PRDM1 e BLIMP1. Aumentato anche il contenuto di macrofagi
• MVMi e RRV hanno invece promosso citochine pro-infiammatorie quali IL-1b, IFN-g, e TNF-a

Come interagiscono virus e batteri

Per scoprire come si relazionano virus e batteri all’interno dell’intestino, è stato confrontato il trascrittoma di modelli infettati con virus o con 53 ceppi batterici dimostrando in particolare come:

• 20 dei 53 batteri inoculati abbiano una relazione con i virus permettendo di identificare 91 coppie di virus-batterio, 60 con la stessa direzione di regolazione (gli stessi geni arricchiti dal batterio hanno aumentato la loro espressione anche con il virus e viceversa)
• il trascrittoma del colon di modelli con MDF, ad esempio, è correlato positivamente con geni batterici in modelli con inoculazione batterica indicando lo stesso andamento

Conclusioni

Per concludere quindi, i virus enterici hanno una propria capacità immunomodulante e di relazione con la popolazione batterica finora non interamente apprezzata e non necessariamente associata a patologia.

La reazione a infezioni virali può infatti portare benefici in particolari condizioni. Ulteriori approfondimenti sono tuttavia necessari per meglio capirne le dinamiche di relazione con l’ospite e il restante microbioma.