Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma

Alberto Papi

Centro di Ricerca su Asma e BPCOCentro di Ricerca su Asma e BPCOUniversità di FerraraUniversità di Ferrara

AGGIORNAMENTO DELLE LINEE GUIDA AGGIORNAMENTO DELLE LINEE GUIDA SULL’ASMA BRONCHIALESULL’ASMA BRONCHIALE

Modena, 29-30 Ottobre 2004Modena, 29-30 Ottobre 2004

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?protettivo?– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

• ConclusioniConclusioni

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?protettivo?– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

• ConclusioniConclusioni

Virus RespiratoriVirus Respiratori

• rhinovirusesrhinoviruses• enterovirusesenteroviruses

• influenza viruses A & Binfluenza viruses A & B

• coronavirusescoronaviruses

• parainfluenza virusesparainfluenza viruses• respiratory syncytial virusrespiratory syncytial virus

• adenovirusesadenoviruses

Metodi di isolamentoMetodi di isolamento

• Colture virali

• Sierologia

• Ricerca dell’antigene (immunofluorescenza, emagglutinazione…)

• PCR e metodologie correlate

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma

• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?fattore protettivo?– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

Do infections early in life protect? - epidemiology

• Children from large families/lower birth order at reduced risk of developing:

• hay fever» Strachan. BMJ 1989;299:1259

» Strachan et al. Arch Dis Child 1996;74:422

» Jarvis et al. Clin Exp Allergy 1997;27:240

• eczema» Strachan. BMJ 1989;299:1259

• allergen sensitisation» von Mutius et al. BMJ 1994;308:692

» Strachan et al. J Allergy Clin Immunol 1997;99:6

» Jarvis et al. Clin Exp Allergy 1997;27:240

Role of daycare in infancy• Daycare attendance and >2 siblings

increases risk of wheeze early in life, but decreases later risk

Ball et al NEJM 2000; 343:538-543

Respiratory infections in infancy and development of asthma

• More than 2 episodes of “common cold” before age 1yr decreases risk of asthma by age 7 by ~50%

• Other viral infections eg herpes, varicella, measles also protect

• Reported LRI infection with wheeze before age 1yr increases risk of asthma

Illi S et al BMJ 2001;322:390

Respiratory infections in infancy and development of asthma

• More than 2 episodes of “common cold” before age 1yr decreases risk of asthma by age 7 by ~50%

• Other viral infections eg herpes, varicella, measles also protect

• Reported LRI infection with wheeze before age 1yr increases risk of asthma

Illi S et al BMJ 2001;322:390

VRIs/RSV bronchiolitis and wheezing later in life

RSV bronchiolitis is associated with later wheezing - prospective

study• 47 hospitalised RSV bronchiolitis cases

• 2 controls each, matched for age, gender, area of residence, also recruited during RSV epidemic

• Follow up at 1, 3 and 7 yrs– controlled for: FH atopy/asthma, gender,

smoking, pets, breast feeding, birth wt, sibs

Sigurs et al, AJRCCM 2000;161:1501-7

Occurrence of current wheezing and asthma diagnosis

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Bronchiolitis Controls Bronchiolitis Controls

1yr3yrs7 yrs

Sigurs et al, AJRCCM 2000;161:1501-7

Any wheezing Asthma

% o

f gr

oup

Occurrence of current allergic sensitisation

0

5

10

15

20

25

30

35

Bronchiolitis Controls Bronchiolitis Controls

3yrs7 yrs

Sigurs et al, AJRCCM 2000;161:1501-7

SPT Phadiatop

% o

f gr

oup

Deficient type 1 immune response in RSV bronchiolitis

• Birth cohort study through first winterBirth cohort study through first winter• Proven RSV infectionsProven RSV infections• Nasal lavage day 1-2 & 5-7, PBMCs day 5-7Nasal lavage day 1-2 & 5-7, PBMCs day 5-7• Divided clinically into URTI alone, or bronchiolitisDivided clinically into URTI alone, or bronchiolitis

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

URTI Bronchiolitis

IL-4/IFN-IL-4/IFN-

0

10

20

30

40

50

URTI Bronchiolitis

IL-10/IL-12IL-10/IL-12

P=0.01P=0.01

IL-4/IFN-g 0.07 0.008

P=0.01P=0.01

Legg et al, AJRCCM 2003

Bronchiolitics cleared virus less rapidly

1000004/19 rose

0

1

10

100

1000

10000

Day 1-2 Day 5-7

F p

rote

in G

ene

Cop

ies

Day 1-2 Day 5-7

BronchiolitisURTI

6/9 rose

VRIs/bronchiolitis and wheeze later in life

• Deficient type 1 immunity in RSV Deficient type 1 immunity in RSV bronchiolitisbronchiolitis

• Associated with impaired virus clearanceAssociated with impaired virus clearance• RSV infection RSV infection not likely to be a causenot likely to be a cause as as

deficiency already present on days 1-2deficiency already present on days 1-2• Genetic susceptibility and early life Genetic susceptibility and early life

environmental factors likely explanationenvironmental factors likely explanation• Association also true for other VRIs?Association also true for other VRIs?

RSV in early life and risk of wheeze to age 13

• Tucson Children’s respiratory study– followed to 3 years of age– seen by paediatrician when signs/symptoms of

lower respiratory tract illness• cough, wheezing, hoarseness, stridor, SOB

• NP and throat swabs taken

• culture and IMF

Stein R et al Lancet 1999;354:541-45

RSV an independent risk factor?Frequent wheeze after 3 yrLRTI before 3yr

Age 6 Age 8 Age 11 Age 13

RSV (n=110) 4.3 [2.2-8.7]*** 1.9 [0.9-4.2] 2.4 [1.3-4.6]** 1.4 [0.7-2.6]

Paraflu (n=38) 2.4 [0.8-7.4] 0.4 [0.1-2.2] 2.3 [0.6-4.2] 1.3 [0.5-3.5]

Other agents (n=32) 2.9 [1.1-7.8]* 1.3 [0.4-4.4] 1.0 [0.3-3.2] 3.1 [1.3-7.6]**

Negative tests (n=72) 1.9 [0.8-4.5] 2.3 [1.0-5.2]* 2.0 [0.9-4.6] 2.1 [1.0-4.3]*

None (n=189) 1.0 1.0 1.0 1.0

Adjusted for sex, maternal education, FH asthma, SPT @ yr 6, birth weight, currentmaternal smoking

Stein R et al Lancet 1999;354:541-45

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma

• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

Il paradosso infezioni virali & virusIl paradosso infezioni virali & virus• Bronchiolite da RSV nei primi anni di vita

sono marcatori del deficit immunitario di tipo 1 (ritardo switch Th1 in famiglie di atopici) e sono quindi associate ad un maggior rischio di insorgenza di asma nel corso degli anni. Th2Th2 Th1

• Le misure che riflettono un incremento Le misure che riflettono un incremento generale del carico di patologie infettive generale del carico di patologie infettive (family size, affidamento ad asili nido) (family size, affidamento ad asili nido) identificano quei bambini il cui sistema identificano quei bambini il cui sistema immunitario si immunitario si svilupperà positivamente con svilupperà positivamente con risposte di tipo Th1 risposte di tipo Th1 (LPS e mRNA virali (LPS e mRNA virali inducono risposte Th1 via IL-12 prodotta da inducono risposte Th1 via IL-12 prodotta da APC)APC)

Th1Th1 Th2

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma

• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?fattore protettivo?– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

Riacutizzazioni asmaticheRiacutizzazioni asmatiche

• Scarso controllo della malattia

• Fattori ambientali– Infezioni viraliInfezioni virali

– AllergeniAllergeni

– Inquinamento

– Infezioni batteriche

– Stress

– Esercizio fisico

– Esposizione professionale

Riacutizzazioni asmatiche e VirusRiacutizzazioni asmatiche e Virus

Positive virus detectionNo virus detected

15%

85%

15%

85%

ChildrenChildren

Johnston BMJ 1995;310:1225

40%

60%

40%

60%

AdultsAdults

Corne, Lancet 2002

Rhinovirus in più del 60% dei casi.Rhinovirus in più del 60% dei casi.

Sinergismo tra Virus e AllergiaSinergismo tra Virus e Allergia

SensitisedSensitised + - - + - ++ ++ExposedExposed - + - - + ++ ++Virus Virus - - + + + - + +

OR

for

ast

hma

adm

issi

onO

R f

or a

sthm

a ad

mis

sion

(Green, Custovic, Johnston, Woodcock et al. (Green, Custovic, Johnston, Woodcock et al. BMJ 2002)BMJ 2002)

012

345

678

9 **

*

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?fattore protettivo?

– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

a)a) Funzionalità respiratoriaFunzionalità respiratoriab)b) ImmunologiaImmunologiac)c) InfiammazioneInfiammazioned)d) Biologia molecolareBiologia molecolare

Infezioni sperimentali:Infezioni sperimentali:localizzazione del RV nei bronchilocalizzazione del RV nei bronchi

• Il Rhinovirus infetta le basse vie aeree

Papadopoulos NG, Papi A, Johnston SL J Infect Dis 2000Papadopoulos NG, Papi A, Johnston SL J Infect Dis 2000

Meccanismi: Meccanismi: FunzioneFunzione

• RV infection increases airway reactivityairway reactivity and predisposes to develop late asthmatic reactionlate asthmatic reaction after antigen challenge (Lemanske, J Clin Invest 1989)(Lemanske, J Clin Invest 1989)

• RV infection increases the severity of immediate and late immediate and late allergic responsesallergic responses after segmental antigen bronchoprovocation (Calhoun, J Clin Invest 1994)(Calhoun, J Clin Invest 1994)

• FEV1FEV1 decreased significantly after Rv16 infections ((Grunberg, AJRCCM 1999).Grunberg, AJRCCM 1999).

Meccanismi: Meccanismi: ImmunologiaImmunologia

• In vitro:– A defective type 1 response to rhinovirus in atopic A defective type 1 response to rhinovirus in atopic

asthma.asthma. (Papadopoulos, Papi, Johnston et al. Thorax 2002)(Papadopoulos, Papi, Johnston et al. Thorax 2002)

• In vivo:– RV infection in atopic subjects is associated to low RV infection in atopic subjects is associated to low

Th1/Th2 antiviral responsesTh1/Th2 antiviral responses (Gern 2000 AJRCCM)(Gern 2000 AJRCCM)

Neutrophils

Macrophages

Th1 cellsTh1 cells

Dendriticcells

T cellsEosinophils

Basophils

Th2 cellsTh2 cells

Neutrophils activation chemotaxis

Eosinophils survival, chemotaxis

T lymphocytes activation, chemotaxis

virus

Macrophages

NK cells activation

IL-8, Gro

IL-1, MIP-1, MCP-1, TNF

GM-CSF, Eotaxin, RANTES, MIP-1

RANTES, IL-6

IFN, MIP-1

MHC I, ICAM-1,VCAM-1 IFN

Meccanismi: Meccanismi: InfiammazioneInfiammazione

• In pazienti asmatici le infezioni da In pazienti asmatici le infezioni da RV inducono una RV inducono una infiammazione infiammazione eosinofilica prolungataeosinofilica prolungata a livello a livello della mucosa bronchialedella mucosa bronchiale(Fraenkel et al. AJRCCM 1995)

• Aumentati livelli di Aumentati livelli di proteina proteina cationica degli eosinofilicationica degli eosinofili sono sono presenti nello sputo di soggetti presenti nello sputo di soggetti con infezione da RVcon infezione da RV

(Grunberg et al. AJRCCM 1997)

Meccanismi: Meccanismi: InfiammazioneInfiammazione

Infiammazione: Infiammazione: Molecole di AdesioneMolecole di Adesione

• L’espressione di ICAM-1 è L’espressione di ICAM-1 è aumentata sull’epitelio bronchiale aumentata sull’epitelio bronchiale di pazienti asmaticidi pazienti asmatici

L’espressione di ICAM-1 L’espressione di ICAM-1 sull’epitelio bronchiale sull’epitelio bronchiale aumenta dopo challenge aumenta dopo challenge specificospecifico

(Vignola, Am Rev Respir Dis 1993)(Vignola, Am Rev Respir Dis 1993)

(Bentley et al. JACI 1993)(Bentley et al. JACI 1993)

Papi, Johnston J Biol Chem 1999Papi, Johnston J Biol Chem 1999 Grunberg, et al Clin Exp Allergy 2000Grunberg, et al Clin Exp Allergy 2000

• ICAM-1 è il recettore cellulare del 90% dei RV ICAM-1 è il recettore cellulare del 90% dei RV

• RV aumenta l’espressione di ICAM-1RV aumenta l’espressione di ICAM-1

Infiammazione: Infiammazione: Molecole di AdesioneMolecole di Adesione

Meccanismi: Meccanismi: Biologia MolecolareBiologia MolecolareRhinovirus

ICAM-1

Oxidant formation

(Papi A. et al. FASEB J 2002)(Papi A. et al. FASEB J 2002)

xx

xxReducing agents

I-kB degradation

NF-kB

NF-kB

(Papi A. et al. J Infect Dis 2000)(Papi A. et al. J Infect Dis 2000)

Infezioni Virali e AsmaInfezioni Virali e Asma• Virus respiratoriVirus respiratori

• Infezioni virali e asma: fattore di rischio o Infezioni virali e asma: fattore di rischio o fattore protettivo?fattore protettivo?

– MeccanismiMeccanismi

• Virus respiratori e riacutizzazioni asmaticheVirus respiratori e riacutizzazioni asmatiche– MeccanismiMeccanismi

a)a) Funzionalità respiratoriaFunzionalità respiratoriab)b) ImmunologiaImmunologiac)c) InfiammazioneInfiammazioned)d) Biologia molecolare – infettività.Biologia molecolare – infettività.

ConclusionsConclusionsAGGIORNAMENTO DELLE LINEE GUIDA SULL’ASMA BRONCHIALEAGGIORNAMENTO DELLE LINEE GUIDA SULL’ASMA BRONCHIALE

Modena, 29-30 ottobre 2004Modena, 29-30 ottobre 2004

Infezioni virali ed asmaInfezioni virali ed asma

- Ruolo “paradosso” nella

insorgenza della malattia

- Trigger delle riacutizzazioni

- Meccanismi patogenetici e

possibili target

farmacologici