Zakażenie ludzkim wirusem niedoboru odporności typu 1 (HIV-1), a często także zdolność do kontroli tego zakażenia jest regulowana przez równowagę przynajmniej trzech czynników: zdolności gospodarza do wytwarzania skutecznej odpowiedzi immunologicznej, sekwencji RNA wirusa oraz indywidualnej genetycznej podatności/oporności gospodarza.

Klinicznie dwa zjawiska dowodzą istnienia naturalnej oporności na zakażenie HIV-1. Pierwsze jest związane z przypadkami osób, które pozostały niezakażone mimo (często wielokrotnej) ekspozycji na HIV-1 ( highly exposed persistently HIV seronegative). Obserwacje zjawiska były związane z kobietami trudniących się prostytucją w Nairobi (1), ale dotyczyły one również partnerów seksualnych osób zakażonych HIV, transmisji wertykalnych, używania narkotyków dożylnych czy ekspozycji zawodowych.

Drugie to zjawisko braku progresji choroby mimo zakażenia ( long term nonprogression) definiowane jako utrzymujący się niski poziom wiremii HIV i wysokiej liczby limfocytów CD4⁺ w surowicy oraz brakiem klinicznych cech progresji do AIDS. W piśmiennictwie nie ma jednoznacznych kryteriów, po jakim czasie można uznać, że u danej osoby obserwuje się opisane wyżej zjawisko – okres wynosi od 8-15 lat (2-5). Zjawiskiem odwrotnym jest szybka progresja ( rapid progression) – w takim przypadku kliniczne wystąpienie AIDS obserwuje się po 3 latach (lub szybciej) od zakażenia (4, 5).

Obecnie sugeruje się, że oba zjawiska są ze sobą ściśle związane – czynniki, które chronią lub ograniczają wnikanie HIV do podatnych populacji komórkowych będą z jednej strony zmniejszały podatność na zakażenie, a z drugiej spowalniały lub całkowicie eliminowały postęp choroby (6).

Zakładając, że receptory chemokin są „bramami” dla wirusa HIV umożliwiającymi mu zakażenie komórek prezentujących na powierzchni koreceptor, powiedzenie Hannibal ante portas! byłoby dobrą przenośnią. Badania epidemiologiczne prowadzone na grupach osób wielokrotnie eksponowanych na HIV, które nie uległy zakażeniu, sugerowały istnienie zjawiska naturalnej oporności na zakażenie. Obserwacje prowadzone na grupach o zróżnicowanym sposobie narażenia – użytkowników narkomanii dożylnej, osób eksponowanych drogą seksualną, dzieci matek zakażonych HIV – opisywały istnienie naturalnej, choć rzadkiej, genetycznej oporności na HIV, która różniła się w zależności od tła etnicznego (6-8). Odkrycie, że wirus potrzebuje koreceptora pod postacią receptora dla chemokin oraz tego, że to właśnie warianty genetyczne związane z kodowaniem receptorów chemokin i ich ligandów są jednym z czynników związanym z modyfikacją podatności na zakażenie i jego progresją, spowodowało, że pozostają one w centrum zainteresowania badawczego (9-18).

W początkowej fazie zakażenia HIV łączy się preferencyjnie z CCR5, dominują szczepy makrofagotropowe R5, nie tworzące syncytiów w hodowlach komórkowych. Zmiana tropizmu wirusa następuje typowo po kilku latach (około 5) z pojawieniem się najpierw wirusów o podwójnym tropizmie R5X4, a następnie dominacją limfotropowych szczepów X4, związanych z zaawansowanym zakażeniem.

Warianty receptorów chemokin i ich ligandów powodują zmiany w ilości receptora na powierzchni komórek, a co za tym idzie mogą zmniejszać lub zwiększać ilość dostępnych „bram”, przez które HIV może wnikać do komórki i w tym mechanizmie modyfikować podatność na zakażenie oraz wpływać na szybkość progresji. Dodatkowo na zakażenie podatnych populacji komórkowych wpływa zmienność genetyczna regulująca stężenie ligandu dla danego receptora (polimorfizmy RANTES, SDF, IL4i IL10 (19-25), które mogą współzawodniczyć z wirusem o dany receptor lub powodować zmiany w gęstości koreceptora na powierzchni komórkowej w mechanizmie internalizacji. W tabeli 1 przedstawiono wybrane warianty genetyczne receptorów chemokin i ich ligandów wraz z danymi z piśmiennictwa dotyczącymi ich wpływu na ryzyko zakażenia HIV i progresję do AIDS.

Polimorfizmy receptorów chemokin i ich ligandów nie są jedynym czynnikiem wpływającym na zakażenie HIV, ale wraz z polimorfizmami w układzie HLA i zmiennością genetyczną samego wirusa tworzą skomplikowany układ wielu zmiennych. Z dużym prawdopodobieństwem można założyć, że większość czynników uwarunkowanych genetycznie, a modyfikujących progresję choroby, będzie również wpływała na podatność na zakażenie wirusem. Taka hipoteza została wysunięta przez Marmor i wsp. po analizie badań związanych z podatnością na zakażenie i progresję. Jest to „teoria unifikacji” sugerująca, że zmienność genetyczna „gospodarza”, która chroni lub utrudnia wniknięcie HIV-1 do komórki, będzie nie tylko zmniejszała podatność na zakażenie, ale również spowalniała lub całkowicie eliminowała rozwój AIDS (6).

Allele HLA są kodowane przez liczne loci, leżące na chromosomie 6p21.31, pozostającym najbardziej zmiennym regionem ludzkiego genomu. Zarówno w przypadku HLA I, jak i HLA II, następuje łączenie się z określonymi peptydami lub receptorami komórek T ( T-cell receptor). Zmienność polimorficzna HLA jest między innymi uzależniona od presji selekcyjnej wywieranej przez czynniki infekcyjne, z potencjalną korzyścią w przypadku heterozygot (43). Pozwala ona na łączenie i prezentację większej ilości peptydów. Dlatego duża ilość alleli ma funkcjonalne znaczenie dla podatności oraz odpowiedzi immunologicznej na patogeny. Należy podkreślić, że między populacjami istnieje znacząca zmienność częstości występowania poszczególnych alleli, najprawdopodobniej związana z działaniem zróżnicowanych presji selekcyjnych na te populacje w przeszłości. MHC I i II odgrywają pierwszoplanową rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej w przypadku zakażeń wirusowych, a co za tym idzie w przypadku zakażenia HIV.

Udowodniono, że kontrola spadku poziomu limfocytów CD4 w surowicy przez cytotoksyczne limfocyty T jest procesem immunologicznym zarówno chroniącym przed zakażeniem HIV, jak również ograniczającym postęp choroby w przypadku skutecznego zakażenia (43, 44). Zmienność alleliczna powoduje zmienną siłę wiązania antygenów i wpływa na ich prezentację oraz skuteczne rozpoznawanie przez limfocyty T, a co za tym idzie na jakość odpowiedzi immunologicznej. Presja środowiskowa wywierana przez zróżnicowane allele HLA na replikację HIV, ulegający szybkim mutacjom, może stymulować namnażanie wirusów o skróconej lub wydłużonej żywotności, modyfikując jednocześnie przebieg zakażenia.

Polimorfizmy HLA są związane z ochroną przed zakażeniem HIV, zwiększoną podatnością na zakażenie HIV oraz przyspieszeniem lub opóźnieniem progresji choroby w przypadku osób zakażonych. Dotychczasowe liczne badania zostały przeprowadzone na różnych populacjach i rasach (wymieniając tylko najbardziej istotne: Afryka – Nairobi, Kenia, Gambia; Azja – Tajlandia; Ameryka Północna i Południowa – Argentyna, Stany Zjednoczone Ameryki; Australia), w grupach prezentujących zróżnicowane zachowania ryzykowne (prostytucja, transmisje okołoporodowe, biorcy krwi, kontakty homoseksualne między mężczynami, używanie narkotyków dożylnych) (43-47). Allele HLA związane z mniejszą podatnością na zakażenie HIV to między innymi HLA II DRB1*01 i supergenotyp A2-A*6802 (badanie wykonane na populacji prostytutek z Nairobi) (46), HLA B35 (badanie eksponowanych niezakażonych HIV prostytutek w Gambii) (8), DRB1*1501 i DRB1*13 (*1301-3) (ochrona przed transmisją perinatalną) (47). Natomiast wariant HLA B*5701 wpływa na znaczące wydłużenie czasu bezobjawowego zakażenia u osób żyjących z HIV (48).

Dotychczasowe badania dotyczące związku między cytokinami, allelami modyfikującymi poziom syntezy tych białek a podatnością na zakażenie HIV i jego progresją nie są tak obszerne jak w przypadku HLA czy chemokin, a wyniki tych badań są często sprzeczne. Dotychczas związano podatność na zakażenie HIV lub wpływ na progresję zakażenia z wariantami genów dwóch interleukin – IL4i IL10.

Allel (-589)T promotora genu interleukiny 4 wywiera ochronny wpływ na transmisję drogą heteroseksualną (badania wykonane na populacji japońskiej) poprzez zmniejszanie ilości CCR5 na powierzchni komórki (23). Natomiast w przypadku osób zakażonych promuje on selekcję szczepów X4 i przyspiesza progresję choroby. Początkowe doniesienia, że allel T(-589) IL4spowalnia progresję choroby u osób już zakażonych, nie zostały potwierdzone (49).

Drugą cytokiną, która wpływa na replikację HIV-1, jest interleukina 10. Polimorfizm pojedynczego nukleotydu w promotorze genu IL-10 (substytucja cytozyny na adeninę w pozycji -592) jest związany ze zmniejszeniem syntezy IL-10, co może prowadzić do przyspieszenia namnażania się wirusa, szybszego pojawienia się szczepów T-tropowych i zwiększeniem ryzyka wystąpienia AIDS, co potwierdzono w badaniach przeprowadzonych przez Shin i wsp (24). Aktualnie brak jest danych w piśmiennictwie wiążących polimorfizm IL-10A(-592) z podatnością na zakażenie HIV.

Zdolność HIV do wnikania do wnętrza komórki jest bezpośrednio zależna od wiązania z koreceptorem. Dlatego kolejnym istotnym czynnikiem modulującym zarówno podatność na zakażenie, jak też progresję do AIDS, są warianty genetyczne związane z receptorami chemokin i ich ligandami (20).

Chemokiny są małymi białkami (8-12 kilodaltonów) kontrolującymi migrację komórkową, produkowanymi lokalnie w tkankach i działającymi na leukocyty poprzez specyficzne receptory. Pozostają wielofunkcyjną grupą cytokin o właściwościach chemotaktycznych ( CHEMOtactic cytoKINES). Funkcjonalnie można je podzielić na dwie kategorie. Do pierwszej należą te, których sekrecja ma charakter stały, konstytutywny, zaangażowane są w regulację procesów hemostatycznych, związanych z kontrolą migracji limfocytów i nadzorem immunologicznym. Do drugiej chemokiny – produkowane przez komórki po bodźcu zapalnym, które kierują migracją w kierunku miejsca infekcji lub uszkodzenia (50-52).

Chemokiny są substancjami strukturalnie pokrewnymi, zawierającymi cztery cysteiny ułożone w charakterystycznym stałym układzie. W zależności od ułożenia dwóch końcowych cystein mogą być one podzielone na podrodziny: CXC – to a chemokiny, w przypadku których cysteiny są oddzielone pojedynczym aminokwasem, CC – β chemokiny – z cysteinami ułożonymi obok siebie. Istnieją dwie cząsteczki zaliczone do rodziny chemokin, które posiadają tylko dwie zamiast czterech cystein. Są to: limfotaktyna zaliczona do podrodziny γ, która mimo podobnej wielkości i struktury zawiera tylko jedną cysteinę na N-końcu, oraz δ chemokina o strukturze CX₃C z trzema aminokwasami między dwiema pierwszymi cysteinami, a w swej strukturze posiadająca szypułę mucynową – fraktalkina (CX₃CL1) (53, 54).

W patogenezie zakażenia HIV bezpośrednią kluczową rolę grają chemokiny będące ligandami receptorów, używanymi przez wirus do integracji z komórką CD4⁺. Ligandy dla receptorów głównych CCR5 i CXCR4 dla wybranych koreceptorów „alternatywnych” – używanych przez niektóre szczepy wirusa – zostały przedstawione w tabeli 2.

Naturalne ligandy powodują zmniejszenie ilości receptora na powierzchni komórki, mogą również hamować wiązanie wirusa na zasadzie współzawodnictwa (55, 56). Farmakologiczne substancje będące sztucznymi ligandami receptorów chemokin stanowią jeden z istotnych kierunków rozwoju terapii. Przykład mogą stanowić zmodyfikowane analogi RANTES hamujące wiązanie HIV z komórkami Langerhansa, peptydy blokujące część receptora lub zmieniające jego konformację, czy pochodne SDF-1 (40, 57, 58).

Zmienność genetyczna związana z układem receptor chemokinowy – ligand i opornością na zakażenie HIV może dotyczyć zwiększenia stężenia chemokiny (ligandu) w surowicy, skutkując z jednej strony współzawodnictwem z wirusem o wiązanie z receptorem, a z drugiej zmniejszeniem ilości dostępnego receptora na powierzchni komórki (internalizacja), modyfikacji ilości dostępnych koreceptorów na powierzchni komórki w wyniku zmiany aktywności części promotorowej genu kodującego dany koreceptor czy też mutacji w części kodującej genu i w efekcie syntezy niefunkcjonalnego białka, co samo w sobie uniemożliwia połączenie wirusa z komórką (55).

Innym rodzajem zmienności genetycznej, która może ograniczać fuzję wirusa z komórką i podatność na zakażenie oraz spowalniać jego progresję, jest tworzenie dimerów między koreceptorami. Ponadto mutacje związane z modyfikacją przebiegu choroby mogą dotyczyć innych koreceptorów chemokin, które nie wpływają bezpośrednio na stężenie koreceptora głównego, ale modyfikują przebieg zakażenia niektórych subpopulacji komórkowych (59).

W przypadku CCR5 genetycznie uwarunkowana zmiana podatności na zakażenie może być związana z trzema mechanizmami:

a) zróżnicowaną aktywnością promotora modulującego gęstość receptora na powierzchni komórki związaną z jego wariantami (33, 45, 60),

b) mutacjami w części kodującej (delecja 32 par nukleotydów (Δ32), mutacja T/A w pozycji 303) (6, 20, 61),

c) wariantem A190 CCR2, który stabilizuje cząsteczkę CCR2i prawdopodobnie zmniejsza ekspresję CCR5 poprzez wpływ na proces jego dojrzewania w cytoplazmie (22, 36, 37, 62).

W 1996 roku pojawiły się pierwsze doniesienia na temat oporności na zakażenie u osób ze zmutowanym allelem genu CCR5– delecją 32 par nukleotydów w jego części kodującej, powodującej zmianę struktury części przezbłonowej receptora – utratę trzech z siedmiu domen (ryc. 1a i 1b) (7, 11, 14). Mutacja, nie powodując znaczących defektów immunologicznych, poza zwiększoną podatnością na objawowe zakażenie Wirusem Zachodniego Nilu (63), jest związana z ograniczeniem integracji HIV z komórką poprzez zmniejszenie ilości dostępnego koreceptora CCR5 na powierzchni błony komórkowej. W przypadku osób posiadających jeden zmutowany allel podatność na zakażenie i progresję choroby jest mniejsza (28, 64, 65). U osób takich obserwuje się wolniejszy spadek poziomu limfocytów CD4⁺, mniejszą ilość kopii wirusa w surowicy oraz lepszą odpowiedź na leczenie antyretrowirusowe (5, 66, 67). W większości publikacji opisujących wpływ wariantów genów receptorów chemokin na zakażenie HIV-1 analizowane genotypy i haplotypy zawierają allel Δ32 CCR5. Osoby będące homozygotami Δ32, są całkowicie oporne za zakażenie szczepami CCR5-tropowymymi (tzw. wirus R5), które przeważają we wczesnych etapach infekcji oraz dominują w przypadku zakażeń drogą seksualną, prawdopodobnie w wyniku większej produkcji do nasienia poprzez makrofagi i limfocyty T pamięci (T-memory cells) (17, 68, 69). Należy jednak podkreślić, że nie można uważać osób homozygotycznych Δ32/Δ32 za całkowicie pozbawione ryzyka zakażenia, gdyż są one podatne na zakażenie szczepami CXCR4-tropowymi (tzw. wirus R4). W piśmiennictwie opisywane są przypadki zakażenia takich osób z szybszą progresją zakażenia i dominacją szczepów o pojedynczym tropizmie dla receptora CXCR4 (70, 71). Prawdopodobieństwo zakażenia wirusem o tropizmie X4 jest niskie, ponieważ zarówno częstość występowania szczepów X4, jak ich zakaźność jest mniejsza, niemniej w przypadkach kiedy doszło do zakażenia, odnotowano szybszy spadek poziomu limfocytów CD4⁺ i kliniczną progresję zakażenia związaną z większą wirulencją wirusa in vivo (38, 72).

Rozpowszechnienie zmutowanego allelu Δ32 jest przykładem selekcji czynnika genetycznego, związanej z oddziaływaniem czynników zakaźnych na populację ludzką. Zakażenie wirusem HIV jest epidemią współczesną i nie miało wpływu na częstość występowania delecji. Istnieje hipoteza, że selekcja allelu dokonała się pod wpływem epidemii dżumy w latach 1300-1600 (73). Jednakże czas trwania epidemii był za krótki, żeby wytłumaczyć wysoką – w pewnych populacjach ponad 10% – częstość występowania allelu. Ponadto nie jest prawdopodobne, żeby utrata funkcjonalnego receptora chemokin była czynnikiem zmniejszającym śmiertelność związaną z zakażeniem Yersinia pestis. Alternatywna hipoteza sugeruje, że selekcja dokonywała się w dłuższym okresie w wyniku epidemii ospy ponad 2000 lat temu, które dotykały Europę Północną (74). Ponadto zarówno wirusy z grupy poxviridae, jak retroviridae używają receptorów chemokin do integracji z komórką docelową, co pozwala przypuszczać, że allel Δ32 mógł wywierać ochronny wpływ w przypadku zakażenia ospą.