Infezione cerebrale nella tripanosomiasi africana sperimentale: meccanismi patogenetici e biomarcatori

Introduzione. La tripanosomiasi africana umana, denominata anche “malattia del sonno”, è una malattia tropicale “negletta”, tuttora endemica in focolai in zone rurali e remote dell’Africa sub-Sahariana, causata dal parassita extracellulare Trypanosoma brucei (T.b.) trasmesso da punture di mosche del genere Glossina1-3. Nell’ultima decade sono state diagnosticate alcune decine di casi anche in zone non endemiche (in immigrati, espatriati o, raramente, turisti), ponendo un difficile problema diagnostico3. La malattia evolve, nell’uomo e nei modelli sperimentali in roditori, da una prima fase sistemica (emolinfatica) ad una seconda fase meningoencefalitica, con invasione parassitaria del parenchima encefalico e disturbi neuropsichiatrici ingravescenti, che includono caratteristiche alterazioni del sonno e del ciclo sonno/veglia1-4. I meccanismi patogenetici dell’evoluzione della malattia sono solo parzialmente noti1,4. L’infezione è fatale se non trattata. Sono cruciali a fini terapeutici non solo la diagnosi, ma anche la stadiazione della malattia, poiché il secondo stadio viene attualmente curato con farmaci di elevata tossicità che oltrepassano la barriera emato-encefalica. Il criterio di stadiazione tuttora utilizzato, basato sul numero di globuli bianchi nel liquor, non è sufficientemente sensibile. I nostri studi più recenti, basati su modelli animali, si sono prefissi un duplice obiettivo di ricerca di A) efficaci biomarcatori dell’infezione cerebrale, B) chiarimento di meccanismi patogenetici neuroimmunitari. Metodi e Risultati. A) Riguardo al primo scopo, abbiamo valutato la correlazione tra le alterazioni del ciclo sonno/veglia (monitorate tramite elettroencefalogramma, EEG, in ratti infetti impiantati con sonde telemetriche) e le concentrazioni di interferone (IFN)-gamma e di chemochine IFN-gamma dipendenti (CXCL-9, CXCL-10, CXCL-11) nel siero e nel liquor (mediante saggi ELISA) e nell’encefalo (mediante qPCR). Le analisi dell’EEG di ratti infetti mostrano, durante la fase meningoencefalitica, una frammentazione del sonno e alterazioni della struttura del sonno (e, in particolare, della sequenza di sonno REM e non-REM, così come del sonno e della veglia). Lo studio dell’espressione genica ha mostrato un progressivo e significativo incremento nell’encefalo di IFN-gamma e chemochine IFN-gamma dipendenti e, in particolare, di CXCL-10, nella fase avanzata della malattia (4.8 volte rispetto al controllo), concomitante sia con un significativo incremento di parassiti nell’encefalo, che con un picco di concentrazione della CXCL-10 nel liquor. Di particolare interesse risulta la comparsa, nel siero, di un picco di CXCL-10 all’esordio della fase meningoencefalitica. B) Per lo studio della risposta immunitaria dell’encefalo (che, come è noto, presenta caratteristiche ben diverse dall’immunità periferica) abbiamo recentemente indagato il ruolo delle cellule dendritiche (dendritic cells, DCs) cerebrali nella tripanosomiasi sperimentale. Le DCs modulano la risposta immunitaria mediante presentazione dell’antigene alle cellule T. In condizioni fisiologiche la presenza delle DCs all’interno del cranio è limitata alle regioni meningeee ed alle sedi perivascolari del parenchima cerebrale, suggerendo un ruolo di immunosorveglianza5. Con studi in vivo mediante microscopia multifotonica in topi infetti, abbiamo dimostrato che, nella fase sistemica della malattia, le DCs stabiliscono contatti con il parassita all’interno dei vasi cerebrali. Successivamente, all’esordio della fase meningoencefalitica, le DCs invadono il parenchima cerebrale, esibendo movimenti rapidi ed ampi che indicano un’attività “di esplorazione” del tessuto. Con il progredire della malattia, le DCs mostrano una significativa diminuzione dei parametri di motilità, tendendo ad aggregarsi in clusters statici che inglobano il parassita. Al contempo, cellule T citotossiche CD8+ ,extravasate nel parenchima, entrano in contatto con il parassita. Conclusioni. A) I dati puntano a CXCL-10, unitamente al monitoraggio del sonno e della veglia (facilmente realizzabile nell’uomo mediante actigrafia), come possibili biomarcatori di infezione cerebrale nella tripanosomiasi africana. B) I risultati puntano anche ad un ruolo cruciale delle DCs nel presentare antigeni del tripanosoma alle cellule T, e quindi nei meccanismi patogenetici dell’infezione cerebrale, suggerendo la possibilità di controllare le funzioni delle DCs per dirigerle, a scopi terapeutici, verso un’attivazione protettiva. Supportato dal Wellcome Trust (WT089992MA). BIBLIOGRAFIA 1. Bentivoglio, M., Mariotti, R., Bertini, G. (2011) Neuroinflammation and brain infections: historical context and current perspectives. Brain Res Rev 66:152-173. 2. Bisoffi, Z., Buonfrate, D., Angheben, A. (2014) Travel, migration and neglected tropical diseases. In: Neglected tropical diseases and conditions of the nervous system (Bentivoglio M, Cavalheiro EA, Kristensson K, Patel N. Eds). Springer, New York, pp. 21-43. 3. Buguet, A., Mpanzou, G., Bentivoglio, M. (2014) Human African trypanosomiasis: a highly neglected neurological disease. In: Neglected tropical diseases and conditions of the nervous system (Bentivoglio M, Cavalheiro EA, Kristensson K, Patel N. Eds). Springer, New York, pp. 165-181. 4. Kristensson K, Nygard M, Bertini G, Bentivoglio M (2010) African trypanosome infections of the nervous system: parasite entry and effects on sleep and synaptic functions. Prog Neurobiol 91:152-171 5. Laperchia C., Allegra Mascaro A. L., Sacconi L., Andrioli A., Grassi-Zucconi G., Bentivoglio M., Buffelli M., Pavone F.S.(2013) Two-photon microscopy imaging of thy1GFP-M transgenic mice: a novel animal model to investigate brain dendritic cell subsets in vivo. PLoS ONE, 8,2, e56144 doi:10.1371/journal.pone.0056144