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SEIMC, Bilbao, 2012
Replicación del Citomegalovirus (CMV) y dinámica de la respuesta inmunitaria frente al virus en el paciente trasplantado
David Navarro Servicio de Microbiología Hospital Clínico Universitario. Departamento de
Microbiología, Facultad de Medicina, Valencia.
Replicación del CMV y dinámica de la respuesta inmunitaria frente al virus en el paciente trasplantado
SEIMC, Bilbao, 2012
• Implicaciones patogénicas de la ciné@ca replica@va, variabilidad y complejidad genómicas del CMV en el paciente trasplantado • Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV en el paciente trasplantado • Ciné@ca de las respuestas T y NK frente al CMV durante los episodios de replicación viral en el Alo-‐TPH
• Rate of increase in CMV load in the blood of 18 bone marrow transplant recipients after allogeneic transplantation
J Exp Med 1999;190:177-‐182
Ciné@ca replica@va del CMV en el paciente trasplantado
dt: median 1.5 days (0.38-‐4.7)
SEIMC, Bilbao, 2012
TPH
Ciné@ca replica@va del CMV en el paciente trasplantado
SEIMC, Bilbao, 2012
dt: median 1.72 days (0.60-‐12.8)
Type of episode0 Doubling @me (dt)
Treated episodes 2.18 (1.04-‐8.65)
Type A episodes (rapid response) 4.45 (1.20-‐8.76)
Type B episodes (delayed response) 2.01 (1.04-‐3.10)
M/DCs
Fibroblasts Endothelial cells Epithelial cells
Ciné@ca replica@va del CMV en el paciente trasplantado
Virus Dissemina@on Doubling @me (dt)
Intracellular delay
R0
CMV Cell-‐associated virions 1-‐3 d 18 h 0.83-‐1.5
HCV Cell-‐free virions 0.4-‐1.5 d 6-‐12 h >2.2
Low-‐level non-‐ly@c replica@on
High-‐level ly@c replica@on Long intracellular-‐delay
High-‐level ly@c replica@on Short intracellular-‐delay
Funk et al., Lancet Infect Dis, 2007
Ciné@ca replica@va del CMV en el paciente trasplantado
SEIMC, Bilbao, 2012
Factores dependientes del virus
Amplia variabilidad en la ciné@ca replica@va del CMV
• ¿Virulencia específica de cepa? • Complejidad genómica viral
Factores dependientes del hospedador
• Ciné@ca de la respuesta inmunitaria
Variabilidad del CMV en el paciente trasplantado
SEIMC, Bilbao, 2012
gps (UL55,UL73,UL74, UL139) TNF-‐α receptor (UL144) α-‐Chemokines (UL33, UL 146-‐147) Puta@ve gps (UL4-‐UL11)
235 Kb 165 ORF 45 ORF esenciales
SEIMC, Bilbao, 2012
• No existe una asociación consistente entre geno@pos y patogenicidad
• Geno@pos gB, gN, gH, UL144//ciné@ca replica@va del CMV y riesgo de enfermedad orgánica en TPX
• Geno@pificación no es@ma con precisión la diversidad del CMV • No hay estudios de segregación de polimorfismos (polymorphisms linkage)
Secuenciación del genoma completo necesaria en estudios de patogenicidad
Variabilidad del CMV en el paciente trasplantado
High throughput or ultra-‐deep sequencing methods
Trans-‐complementa@on within co-‐infected cells increases virus fitness and pathogenic poten@al
SEIMC, Bilbao, 2012
Mixed infec@on (genotypes) as a marker for pathogenicity
Do mixed infec@ons “challenge” the immune system?
Complejidad genómica del CMV en el paciente trasplantado
SEIMC, Bilbao, 2012
D+/R+ > D+/R-‐
Complejidad genómica del CMV en el paciente trasplantado
Kidney: 186 Heart: 19 Liver: 19 Lung: 15
SEIMC, Bilbao, 2012
• Complejidad genómica no inferible por métodos convencionales de geno@pificación
Complejidad genómica del CMV en el paciente trasplantado
Detectan variantes presentes en frecuencias entre 0,1-‐5%
Detectan variantes presentes en frecuencias >5-‐10%
Quinnan et al. N Engl J Med, 1982 Reusser et al. Blood, 1991 Riddell et al. Science, 1992 Li et al. Blood, 1994 Walter et al. N Engl J Med,1995
Evidences based on studies employing CTL assays
Func@onal CD8+ T-‐cell responses protect against CMV viremia and CMV end-‐organ disease Adop@ve transfer of CMV-‐specific CD8+ T cells protects from CMV end-‐organ disease and mediates resolu@on of episodes of CMV replica@on refractory to an@viral therapy
Evidences based on studies using Tetramer /ELISPOT/ICS assays
Cwynarski et al. Blood, 2001 Aubert et al. J Infect Dis 2001 Hebart et al. Blood, 2002 Ohnishi et al. Br J Hematol, 2005 Lacey et al. J Infect Dis 2006 Lilleri et al Haematologica, 2008
Evidences based on adop@ve T-‐cell transfer treatments
Koehne et al. Blood, 2000 Szmania et al. Blood, 2001 Kondo et al. J Immunol, 2002 Kleihauer et al Br J Haematol, 2001 Vannucchi et al. Br J Haematol, 2001 Peggs et al, Blood, 2001 Keenan et al. Br J Haematol, 2001 Rauser et al. Blood, 2004 Cobbold et al J Exp Med, 2005 Micklehwaite et al. Biol Blood Marrow Transplant, 2007 Zhong et al. Plos ONE, 2008
SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV
CD8+ T cells are cri@cal in the control of CMV infec@on in the TPX semng
RLLQTGIHV
NLVPMVATV LMNGQQIFL RIFAELEGV ILARNLVPM
IGDQYVKVY TVQGQKLEY
YSEHPTFTSQY
40 epitopes restricted by HLA-‐ A (1,2,24,11,68) HLA-‐B (7,15,40,44,51,35,38,51,52) HLA-‐Cw (1,4,8,12,15)
pp65
HLA-‐ A2
HLA-‐ A1
SLLSEFCRV VLAELVKQI VLEETSVML
YILEETSVM CLQNALDIL YIGADPLRV
IKEHMLKKY DEEEAIVAY CVETMCNEY
15 epitopes restricted by HLA –A (1,2,23,24,) HLA-‐B (7,8,27)
IE-‐1
CD8+ T-‐cell responses to pp65 (UL83) and IE-‐1 (UL123) are immunodominant and confer protec@on against CMV infec@on
McLaughlin-Taylor et al. J Med Virol ,1994 Wills et al. J Virol ,1996 Kern et al. J Virol ,1999 Kern et al. J Infect Dis, 2002 Sylwester et al. J Exp Med, 2005
SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV
Indirect: crucial for adequate ac@va@on and expansion of CD8+ T cells
Direct: lysis of CMV-‐infected cells expressing HLA-‐II molecules
Li et al. Blood ,1994 Walter et al. N Engl J Med, 1995 Krause et al. Bone Marrow Transplant, 1997 Aubert et al. J Infect Dis, 2001 Hebart et al. Blood, 2002 Einsele et al. Blood, 2002
IFN-‐γ
At least, 60% of the CMV proteome is targeted by CD4+ T cells Sylwester et al. J Exp Med, 2005
IE (10%)/E (20%)/L (70%)
Frec
uenc
y (%
)
SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV
gB pp65
CD4+ T cells are cri@cal in the control of CMV infec@on in the TPX semng
Autores Recuento/feno@po Ensayo Anpgeno Protección
Cwynarski et al. Blood, 2001 >10/µL Tetrámeros pp65 495-‐503 (A02) pp65 417-‐426 (B07)
DNAemia/ Andgenemia/E.O.
Aubert et al. JID, 2001 Hassan-‐Walker et al. JID, 2001
≥20/µL Tetrámeros pp65 495-‐503 (A02) DNAemia
Hebart et al. Blood ,2002 >5/µL IFN γELISPOT /ICS
pp65 varios pépddos (A01/A02/B07)
DNAemia
Ohnishi et al. BJH , 2005 >10/µL
>1/µL Tetrámeros IFN γELISPOT
pp65 495-‐503 (A02) pp65 varios pépddos
Andgenemia
Lilleri et al. Haematologica, 2008
>3/µL IFNγ/TNFα ICS Células dendrídcas Infectadas VR1814
DNAemia/ Andgenemia
Solano et al Haematologica, 2008 Tormo et al. BMT, 2009 Tormo et al. BBMT,2009 Tormo et al. J Med Virol, 2010 Tormo et al., BMT, 2011
>1/µL
IFNγ ICS Pepmix pp65+IE-‐1 DNAemia/
Andgenemia
Moins-‐Teisserenc et al. JID , 2008
>1/µL T CD8+/ CD27-‐/CD28-‐/CD45RA+
Tetrámeros+IFNγ ICS/fenodpo membrana
pp65 495-‐503 (A02) pp65 417-‐426 (B07)
DNAemia
Solano y Navarro, Future Virology, 2010 SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV
Valores umbral T CD8+ que confieren protección frente al CMV en TPH
PPV:100% NPV:65%
Solano y Navarro, Future Virology, 2010
Autores Recuento/ feno@po
Ensayo Anpgeno Protección
Lilleri et al. Haematologica, 2008
>1/µL
IFNγ/TNFα ICS
Células dendrídcas Infectadas VR1814
DNAemia/ Andgenemia
Solano et al. Haematologica, 2008 Tormo et al. BMT, 2009 Tormo et al. J Med Virol, 2010 Tormo et al., BMT, 2011
>1,2/µL IFNγ ICS Pepmix pp65+IE-‐1
DNAemia/ Andgenemia
Valores umbral T CD4+ que confieren protección frente al CMV en TPH
SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV
PPV:100% NPV:60%
T r a s p l a n t e / C M V receptor
Método Población T Anpgeno Protección frente
Referencia
Corazón/Pulmón/+ ICS CD8+ IFNγ p é p d d o s solapados IE-‐1
Enfermedad orgánica
Bunde et al., 2005
C o r a z ó n / P u lm ó n / Riñón/+
ICS CD8+ IFNγ 0.4 cel/µL
C é l u l a s d e n d r í d c a s i n f e c t a d a s CMV-‐VR1814
I n f e c c i ó n acdva
Gerna, et al., 2006; Lilleri et
al., 2007
Hígado/ + o -‐ ICS CD8+ IFNγ P é p d d o s solapados pp65
I n f e c c i ó n acdva
Nebbia et al., 2008
Riñón/+ o -‐ ICS TET
CD8+IFNγ CD8+
P é p d d o s solapados pp65 Pépddo NLV
I n f e c c i ó n acdva
Maoes et al., 2008
Pulmón/+ Quan@ferónCMV CD8+IFNγ P é p d d o s (pp65/IE-‐1/gB/pp50)
I n f e c c i ó n acdva
Westall et al., 2008
Pulmón/Riñón/Hígado/ Páncreas/+ o -‐
Quan@ferón CMV CD8+IFNγ P é p d d o s (pp65/IE-‐1/gB/pp50)
Enfermedad orgánica
Kumar et al., 2009
Riñón/Corazón/ Pulmón/+ o -‐
ELISPOT CD8+IFNγ P é p d d o s solapados pp65
S í n d r o m e C M V / Enfermedad orgánica
Crough et al., 2007
SEIMC, Bilbao, 2012
Marcadores inmunológicos de protección frente al CMV en TOS
UCL, March 2012
Kinedcs of CMV-‐specific T cells during episodes of acdve CMV infecdon in TPH
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
pepmix pp65 and IE-‐1 (1 µg/mL/pep@de) + CD28/CD49d
Staining (CD3+/CD4+ or CD8+/CD69+/IFNγ+)
ICS
UCL, March 2012
• La dinámica de expansión de T CD8+ y T CD4+ frente a pp65/IE-1 determina la cinética replicativa del CMV en el Alo-TPH
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
• 24 episodes (14 A and 10 B) • Median, 46 days (24-‐310) • 16 Inidal and 6 relapsing
9 days 10.5 days
Type A Type B
16.5 days 13.5 days
12-fold increase 6.8-fold increase
Tormo et al., BMT, 2010
Immunological monitoring
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Cor@costeroid therapy (2 mg/Kg/day) Lack of control during the study period
Eventual control of ac@ve CMV infec@on
Eventual control of ac@ve CMV infec@on
Type B episodes
CMV DNAemia clearance
CMV DNAemia clearance
Persistent CMV DNAemia
T-‐cell expansion
T-‐cell expansion
Tormo et al., BMT, 2010
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Lack of consistent T-‐cell expansion
Clearance of CMV DNAemia without therapeu@c interven@on in Allo-‐SCT depends on the expansion of func@onal CMV-‐specific CD8+ T cells above the protec@ve threshold (1 cell/μL)
UCL, March 2012 Solano et al., Transplantation, 2011
Recurrent
Recurrent
Initial
Initial
+14
+22
+15
+12
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
SEIMC, Bilbao, 2012
Clearance of CMV DNAemia with therapeu@c interven@on (pre-‐emp@ve therapy)
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Rapid expansion above protec@ve thresholds (>1 cell/μL) within the first week aver ini@a@on of pre-‐emp@ve an@viral therapy
0 7 32 61 78 85 92
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Day aqer initadon of pre-‐empdve therapy
cells
/µL
Interrrupdon P-‐T
Early and late episodes
First detected response
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Delayed expansion above protec@ve thresholds (>1 cell/μL) associated with resolu@on of ac@ve CMV infec@on
Day after initation of pre-emptive therapy
cells
/µL
0 7 14 21 28 33 47 51 56 64 70 74 78 83 90 94 101
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,5
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
Interruption P-T
CM
V D
Aem
ia (copies/mL)
GvHD
GvHD
Early episodes
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Inconsistent or lack of expansion above protec@ve levels thresholds (>1 cell/μL) are associated with persistent CMV DNAemia
Day aqer initadon of pre-‐empdve therapy
cells
/µL
CM
V D
Aem
ia (copies/mL)
0 7 14 20 25 32 50 80 90 97
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
GvHD
GvHD
GvHD
NO emergence of Ganciclovir –resistant strains during therapy
Early and late episodes
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Lacey et al., JID, 2006 Zhou et al.., Blood, 2009 Makadonas et al., 2010
Analysis of kine@cs of polyfunc@onal CD8+ T cells during episodes of ac@ve CMV infec@on
Monofunc@onal IFN-‐γ TNF-‐α CD107a
Bifunc@onal IFN-‐γ/ TNF-‐α IFN-‐γ/CD107a TNF-‐α/CD107a
Trifunc@onal IFN-‐γ/ TNF-‐α//CD107a
IFN-‐γ CD4 T cells
pp65/IE-‐1 Ga@ng strategy
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
*Within 72 h. following detecdon of CMV DNAemia
*
*
*
*
*
Self-‐resolved
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
No consistent expansion of any subset was observed in unresolved episodes
Resolved aqer treatment
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
c
NCR (NKp30,44,46)
KIR
2D S
3D L
ILT (LIR,CD85)
NKG/CD94
CD3/FCRIγ ITIM ITAM
ITIM
ITIM ITAM
ACT ACT/INH INH ACT:NKG2C/D INH:NKG2A
SEIMC, Bilbao, 2012
NK cells
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
CD3- CD16- / CD56+++ NKG2C+
CD3- CD16+ CD56+/- NKG2C+
An@viral cytokines (IFN-‐γ)
Cytotoxic poten@al
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
≥4-fold increase
Self-resolving
Treated
No expansion in non-‐resolved episodes
Muñoz-‐Cobo et al. J. Med. Virol., 2012 SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
1
2
3
UCL, March 2012
Demonstrates expansion of NK cells during episodes of CMV DNAemia
Expansion of NKG2C+ NK cells producing IFN-γ and expressing self-KIR inhibitory receptors
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
DC
IFN-γ
IL-12
Robbins et al., 2007
IFN-α/β
Th1
DC/MΦ
TCD8 pDC
NK
DC/NK “crosstalk” Correladon between NKG2C+ NK cells and IFN-‐γ/TNF-‐α/CD107a CD8+ T cells (Muñoz-‐Cobo et al., J Med Virol, 2012)
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
Conclusions
• Definidve control of episodes of CMV replicadon either treated with andvirals or untreated is uldmately dependent on the consistent expansion (above 1.0 cell/µL) of pp65 and IE-‐1 IFN-‐γ-‐ producing CD8+ and CD4+ T cells
SEIMC, Bilbao, 2012
Dinámica de la respuesta inmunitaria frente al CMV
• Resoludon of early and late episodes of CMV DNAemia in the absence of andviral treatment is associated with a consistent expansion of both mono and polyfuncdonal CD8 + T cells
• Resoludon of episodes of CMV DNAemia treated with andvirals is associated with disdnct funcdonal paoerns of expanding CD8+ T cells
• Expansion of muldfuncdonal CD8+ T cells depends on adequate expansion of cognate andgen CD4 + T cells
• Expansion of NKG2C cells is associated with resoludon of either treated or untreated episodes of acdve CMV infecdon and may promote the expansion of polyfuncdonal CMV-‐specific CD8+ T cells
TPH