Picornavirus

È una famiglia di virus nudi a simmetria icosaedrica.
L’envelope presenta tre proteine esterne VP1, VP2 e VP3, tra le quali si forma il canyon, in cui si può inserire il Pleconaril, e la VP4 al’interno del capsomero. Sono molto piccoli (hanno un diametro attorno ai 22-30 nm). Il genoma è a ssRNA a polarità positiva, e quindi appartengono alla IV classe replicativa, con un peso molecolare di 7-8 Kb. È una famiglia enorme, che comprende più di 200 virus diversi che infettano l’uomo ma anche gli animali. Anche il virus della poliomielite, malattia nota fin dall’antico Egitto, fa parte di questa famiglia.

Comprende quindi numerosi generi: tra i più importanti ci sono gli enterovirus, i rhinovirus, gli epatovirus (che comprende il virus dell’epatite A) ed i parechovirus.

 

Genere ENTEROVIRUS

Esistono oltre 70 enterovirus differenti, suddivisi in gruppi:

  • poliovirus: sono tre sierotipi, indicati dai numeri 1, 2, 3 che NON presentano immunità crociata, quindi il vaccino immunizza contro tutti e tre i ceppi. Causano la poliomielite o la paralisi flaccida infantile
  • coxsackievirus: di tipo A e di tipo B, sono circa 30 virus, responsabili di patologie a carico del sistema nervoso e del cuore
  • echovirus: acronimo per Enteric cytophatic human orfan, sono orfani di patologia poiché stati inizialmente isolati nelle feci di bambini asintomatici. In realtà hanno un’importanza clinica in età pediatrica
  • nuovi enterovirus: raggruppa tutti i nuovi enterovirus che vengono scoperti, ed il cui nome viene rappresentato semplicemente da un numero (dal 68 al 70)

È una classificazione molto complessa, che viene continuamente riscritta, man mano che le scoperte a proposito di questa famiglia si susseguono. Il nome può trarre in inganno in quanto i sintomi principali non si presentano come gastroenteriti, pur presentando un circuito oro-fecale. Il percorso di entrata e replicazione all’interno del corpo è simile per tutti gli enterovirus, anche se gli esiti finali possono essere molto diversi.

Come suggerisce il nome, hanno il tropismo per l’epitelio della mucosa intestinale, e il fatto che siano virus nudi li rende resistenti all’ambiente gastroenterico, ma anche all’ambiente extracorporeo: oggetti, acqua, cibi possono rimanere contaminati per lungo tempo. La naturale conseguenza di tutto ciò è che la principale via di trasmissione di questi virus è il circuito oro-fecale. Tuttavia, alcuni enterovirus possono trasmettersi anche attraverso l’apparato respiratorio, e altri attraverso la mucosa congiuntivale (molto importante per l’enterovirus 70).
Indipendentemente dalla modalità con la quale il virus entra, la prima replicazione avviene a livello delle prime vie digerenti, ovvero bocca e faringe, e da qui passa nel sangue e dà una viremia. Dai primi distretti però il virus passa anche all’esofago e allo stomaco, fino all’intestino dove si impianta a livello mucosale intestinale e si replica in maniera molto intensa. Anche da qui, attraverso le placche del Payer passa poi al sangue aumentando la viremia. Dal sangue il virus ha la possibilità di raggiungere l’intero organismo: la tipologia di organi infettati sarà specifica per ogni tipo di enterovirus. Contrariamente a quanto si possa pensare, nonostante si replichino attivamente a livello della mucosa dell’apparato digerente, gli enterovirus non danno quasi mai manifestazione gastroenteritiche.

Gli enterovirus (in special modo coxsackievirus ed echovirus), presi come gruppo, sono i maggiori responsabili di meningite asettica, soprattutto nei bambini (il virus della parotite è invece il maggiore responsabile come singolo virus).
I sintomi derivanti da infezioni da questa famiglia di virus sono aspecifici, e quindi è impossibile fare una diagnosi clinica, occorre utilizzare i test di laboratorio. Quasi tutti gli enterovirus, tranne quello dell’epatite A, crescono molto bene in coltura, con tempi molto rapidi, e hanno un effetto citopatico molto marcato (nell’immagine a destra si può osservare il tappeto cellulare prima e dopo l’infezione da enterovirus: il virus lo distrugge completamente). I materiali che vengono seminati sulle cellule in coltura sono essenzialmente il tampone orofaringeo, le feci ed il liquor cefalorachidiano a seconda dei casi. Poiché è molto difficile andare a distinguere dopo un isolamento da tampone un enterovirus da un altro, data l’esistenza di tantissimi virus appartenenti a questa famiglia, quello che si fa normalmente è una diagnosi di infezione generica da enterovirus, senza fare la tipizzazione che richiede molto tempo ed è molto indaginosa. Più rapida e più sensibile è la RT-PCR (è una PCR preceduta da retrotrascrizione, trattandosi di virus a RNA). Anche la tipizzazione utilizzando gli anticorpi del siero del paziente è molto lunga, e non viene effettuata.

Inoltre, dal momento che non esistono strategie terapeutiche specifiche per i vari virus di questa famiglia, non appare sensato impegnare tempo e denaro nel trovare quale sia l’agente patogeno in questione all’interno della famiglia di enterovirus.

 

Genere POLIOVIRUS

L’organo bersaglio sono i motoneuroni, soprattutto spinali, ma (raramente) anche bulbari ed addirittura corticali. Di norma vengono colpiti i motoneuroni degli arti inferiori, e ciò provoca una paralisi flaccida dell’arto stesso, che perde la propria funzionalità e va incontro ad atrofia. Può anche capitare però che ad essere colpiti siano i motoneuroni dei muscoli respiratori: in tal caso, bisognerà ricorrere per il resto della vita a ventilazione assistita.
La cosiddetta poliomielite paralizzante avviene però in uno 0,1 % dei casi, a fronte di un 95 % in cui la malattia provoca infezioni inapparenti (si sviluppano degli anticorpi neutralizzanti che limitano la viremia primaria) ed un 4 % di infezioni sintomatiche (febbre, mal di testa, vomito, diarrea, costipazione e mal di gola) ma che in ogni caso non lasciano conseguenze. Tuttavia la poliomielite, prima del vaccino, era una malattia che provocava milioni di infezioni all’anno, e di conseguenza migliaia di individui (soprattutto bambini) che andavano incontro a paralisi flaccida di un arto. Una complicazione della polio, più frequente della paralisi, è la meningite asettica (come anticipato tutti gli enterovirus sono associati a meningite), che avviene in circa l’1 % dei casi, generalmente autolimitante e benigna, che non lascia sequele permanenti.

Esistono due vaccini contro la poliomielite (entrambi contengono tutti e 3 i ceppi virali di poliomielite): il più vecchio, Salk-1955, è costituito da virus inattivato con calore e forbolo, abbastanza efficace, ma richiedente 5 richiami e conferente immunità non permanente. Il secondo, Sabin-1964, è costituito da virus vivo attenuato. Questo virus è stato ottenuto casualmente facendolo replicare in colture cellulari, ed ha la caratteristica mantenuta di enterotropismo, ma non quella di neurotropismo: in pratica, l’infezione procede normalmente ma non può dare teoricamente complicanze nervose. Il virus però è a RNA, e quindi può retromutare, riacquisendo il neurotropismo (che nel ceppo vaccinale è perso a causa di sole due mutazioni puntiformi) e potendo quindi provocare paralisi. Siccome l’Italia nel 2002 è stata dichiarata polio-free, si è tornato ad utilizzare il vaccino di Salk, che è meno efficace, ma molto più sicuro, in quanto non può dare episodi di poliomielite vaccinale.

L’OMS si era data come obbiettivo la cancellazione dal mondo della poliomielite (analogamente a quanto si è fatto per il vaiolo) nel 2000. Purtroppo, questo proposito non è stato raggiunto, in quanto esistono ancora diversi paesi nel mondo in cui la poliomielite è diffusa (mappa a destra). Inoltre, alcuni di questi paesi sono attualmente teatro di conflitti, come l’Afghanistan, il Pakistan o il corno d’Africa, che richiamano soldati, reporter, giornalisti, ecc…, dai paesi industrializzati, in cui la poliomielite è stata debellata, per questo motivo si sono osservati casi di poliomielite d’importazione.

 

Genere COXSACKIEVIRUS

Prendono il nome dalla cittadina americana di Coxsackie, il luogo dove è avvenuto il primo isolamento dalle feci di un bambino sano. Questa è un’ulteriore prova che gli enterovirus nella maggior parte dei casi sono associati a infezioni asintomatiche o a sintomatologia piuttosto blanda, che passano inosservate. Sono divisi in due sottogruppi, in base alla patologia che sono in grado di provocare se iniettati in un topolino neonato:

  • Gruppo A: causa miosite acuta con necrosi del tessuto muscolare (infiammazione muscolare): 24 sierotipi
  • Gruppo B: causa conseguenze di tipo soprattutto neurologico, ovvero placche degenerative nel sistema nervoso centrale, ma anche nei muscoli e nel pancreas

 Non corrispondono ai danni che sono in grado di creare nell’uomo, ma solo nel topolino.

Le patologie gravi vengono date quando il virus, grazie a una ingente viremia non adeguatamente contrastata, riesce a raggiungere gli organi bersaglio specifici, e questo è un discorso che vale per tutti gli enterovirus. I coxsackievirus sono in grado di provocare una meningite asettica, generalmente più grave rispetto a quella provocata dai poliovirus, ma comunque autolimitante e benigna, molto meno grave della meningite da meningococco, che è spesso mortale. In generale, si può affermare che le meningiti virali siano meno pericolose e con meno conseguenze (spesso non lasciano segni permanenti) rispetto alle meningiti batteriche.
I Coxsackievirus e gli Echovirus sono i virus più coinvolti per quanto riguarda le meningiti asettiche di età pediatriche, e solitamente non lasciano sequele (a differenza nelle batteriche). Sono trasmissibili molto facilmente, con focolai epidemici che da asili e scuole arrivano anche nelle famiglie dei bambini.

Molti coxsackievirus, soprattutto di tipo A, sono in grado di provocare patologie di tipo respiratorio, in particolare faringiti, riniti…, molto spesso associate a grosse vescicole grigiastre che tendono ad ulcerare (erpangina o faringite vescicolare). L’erpangina va incontro a guarigione spontanea ma è molto dolorosa, con una febbre molto elevata.

Patologie invece molto gravi, associate soprattutto ad infezioni da coxsackievirus B3 e B5, sono a carico del cuore: si tratta di miocarditi, endocarditi e pericarditi, che tendono a lasciare segni sulla funzionalità cardiaca, e se contratte nelle prime settimane di vita sono spesso invalidanti o fatali. Una manifestazione abbastanza frequente è l’esantema, soprattutto di tipo vescicolare o pustolare, accompagnato sempre da febbre. Sono forme simili all’afta epizootica animale, ad esempio la malattia “mani-piedi-bocca” del bambino, in cui compaiono vescicole eritematose sulle mani, sui piedi e nel cavo orale, spesso associate ad una faringite.

 

Genere ECHOVIRUS

Echo = Enteric Cytopathic Human Orphan. Questo nome si deve al fatto che i primi virus di questo tipo vennero isolati in individui che erano “orfani” da malattia, nel senso che erano sani e non avevano nessuna manifestazione di tipo clinico. Possono provocare meningiti asettiche, più gravi rispetto a quelle da poliovirus, che possono lasciare conseguenze permanenti. Anche in questo caso possono esserci rinofaringiti, con o senza forma vescicolare, più o meno associate ad esantemi cutanei maculari o maculo-papulari.

Sono stati isolati diversi sierotipi di Echovirus da casi di miocardite, epatite anitterica, miosite, orchite, vaginite e cervicite, ma il loro ruolo eziologico non è ancora sufficientemente documentato.

 

Altri ENTEROVIRUS

Tra gli enterovirus non classificati nei gruppi fino ad ora illustrati, particolarmente degno di nota è l’enterovirus 70, responsabile di una grave forma di congiuntivite emorragica, che può portare ad un interessamento della cornea e quindi alla cecità. L’ingresso avviene tramite la mucosa congiuntivale e spesso si ha per una auto-inoculazione tramite le mani, che possono aver toccato superfici infette.

DIAGNOSI

La diagnosi di infezione da enterovirus non è sempre facile, è difficile risalire al tipo di enterovirus coinvolto, si referta solitamente una generica infezione da parte di questo genere virale. Crescono bene in coltura cellulare con un effetto citopatico molto marcato (tranne il virus dell’epatite A), c’è un arrotondamento ed un distacco delle cellule che nel giro di 24-48 ore coinvolge tutta la coltura. L’isolamento da feci o dal tampone faringeo è quindi semplice, nei casi sospetti di meningite si farà dal liquor. Per scoprire il tipo di enterovirus coinvolto è necessario fare reazioni complicate con un pool di sieri e solitamente non viene fatto. La sierologia non è di aiuto, poiché esistendo molti tipi di enterovirus, buona parte della popolazione è entrata in contatto con almeno uno di essi, e quindi risulta positiva a questi test. Si mettono infatti in evidenza degli anticorpi comuni ai vari generi, di gruppo.

Oggi il metodo più comune per la diagnosi è la RT-PCR, da vari materiali, di routine soprattutto in casi di meningite.

 

genere RHINOVIRUS

Infettano la mucosa nasale umana (l’uomo è l’unico ospite naturale), e rappresentano la principale causa di rinite infettiva: circa la metà di casi di “raffreddore” sono sostenuti da rinovirus, seguiti dai coronavirus. Pur avendo una sintomatologia blanda, sono un costo notevole per la società, in termine di farmaci e giorni lavorativi persi.

Rispetto agli enterovirus presentano alcune differenze:

  • sensibilità al pH acido: a livello della mucosa gastrica vengono quindi inattivati
  • temperatura di replicazione a 33° C: possono quindi replicarsi solo a livello delle prime vie respiratorie, dove la temperatura è più bassa perché a contatto con l’aria esterna, mentre le vie respiratorie medio-basse non risultano permissive per questi virus. In particolare, il virus viene inattivato a 37° C, e quindi non è possibile che scateni viremia: ovviamente, ciò impedisce al virus di trasmettersi ad altri distretti. Per questo motivo, i rhinovirus sono di solito associati a patologie respiratorie blande

Rappresenta un grosso problema per la ricerca, non è ancora stato trovato un vaccino, e anche i farmaci in commercio sono pochi ed efficaci ma con una certa tossicità. Esistono più di 100 sierotipi diversi, e ognuno di questi dà un’immunità non molto duratura (alcuni anni), e in più c’è una scarsa cross-reattività degli anticorpi (in altre parole, non c’è “cross-immunità”) che si creano da un sierotipo all’altro, per cui gli individui risultano quasi sempre esposti a infezioni da parte di questo tipo di virus. E’ a circolazione umana esclusiva.
Il danno a livello delle cavità nasali e della orofaringe sono dovuti in parte ai danni virali diretti (questi sono virus fortemente citopatici, anche se non al livello degli enterovirus, e uccidono le cellule dell’epitelio ciliato vibratile, e ciò determina il caratteristico ristagno di muco), ma anche al danno indiretto dell’infiammazione: il virus riconosce infatti come recettore l’ICAM-1, che è riconosciuto anche da alcune citochine come LFA1, e stimola l’instaurarsi di un processo infiammatorio che richiama altre cellule infiammatorie, media il rilascio di altre citochine, e in definitiva si rende responsabile della produzione di essudato infiammatorio che contribuisce all’abnorme produzione di muco tipica di questa patologia, rinorragia. Viene inoltre prodotto IFN che media i tipici sintomi sistemici del raffreddore, i brividi, la febbre ed i dolori muscolari. Non si ha una fase viremica ed abbiamo una breve incubazione di uno o due giorni.

Sono stati recentemente osservati alcuni casi di polmonite grave in cui gli unici agenti riscontrabili erano appunto rhinovirus, quello che si ritiene è che ciò non sia dovuto al fatto che il virus riesca a penetrare lungo le vie aeree inferiori (che hanno temperatura maggiore di 37° C), bensì che sia il processo infiammatorio innescato dal virus che sia in grado di estendersi fino a bronchi, bronchioli e alveoli polmonari. Sono quindi coinvolti oggi in patologie più gravi, soprattutto nei bambini. Non è vero quindi che rimane segregato nelle vie aeree inferiori, anche qui si può una temperatura più bassa di 37° C. In vitro è stato visto inoltre che replica più efficacemente in linee cellulari provenienti dalle basse vie respiratorie, rispetto alle alte.

L’unico farmaco utilizzato contro i picornavirus è infatti il pleconaril, che fa parte di quella serie di molecole chiamate WIN, in grado di inserirsi nel diverticolo presente in fondo al canyon individuato dalle proteine virioniche (VP1) del capside dei picornavirus. Questo diverticolo ospita l’antirecettore virale, ovvero l’elemento che viene legato dal recettore cellulare, ed è chiaro che se viene occupato stericamente da una molecola WIN, questo legame non sarà più possibile e al virus sarà impedito l’attacco alla cellula bersaglio. Inoltre, il pleconaril stabilizza il capside virale, impedendo l’uncoating nel caso in cui il virus riesca a penetrare, e infine perturba l’assemblaggio del capside stesso, integrandosi nelle tasche idrofobiche. Il pleconaril è utilizzato come spray nasale nel caso di raffreddore da rhinovirus, ma può essere usato anche per via sistemica, ad esempio nelle meningiti infantili da enterovirus.