Tubercolosi Attiva vs Latente: Decifrare la Risposta Immunitaria per Nuove Diagnosi

Ciao a tutti! Oggi vi porto nel mondo affascinante, e a volte un po’ ostico, della tubercolosi (TB). Non storcete il naso, so che non è l’argomento più allegro, ma è una sfida sanitaria globale enorme, con milioni di casi attivi e troppe vittime ogni anno. Pensate, 10.6 milioni di persone con la malattia attiva e 1.6 milioni di decessi annuali! È causata da un batterio birichino, il Mycobacterium tuberculosis, e si manifesta spesso con sintomi come febbriciattola persistente, tosse e, nei casi più seri, emottisi (sangue nel catarro).

Nonostante vaccini e terapie, la TB resta un osso duro, specialmente nei paesi a basso e medio reddito. Ma la cosa si complica ulteriormente perché la TB non è tutta uguale. Esistono due “facce” principali di questa infezione: la tubercolosi attiva (ATB) e l’infezione tubercolare latente (LTB). E capire le differenze tra queste due forme è fondamentale, non solo per la ricerca, ma soprattutto per curare meglio le persone.

ATB vs LTB: Due Mondi Diversi

Chi ha l’ATB è malato, ha sintomi, e può contagiare gli altri. Serve una terapia rapida ed efficace per fermare la trasmissione e le conseguenze gravi. Chi ha l’LTB, invece, è come se avesse il batterio “addormentato” nel corpo: non ha sintomi, non è contagioso, ma c’è sempre il rischio che l’infezione si risvegli, specialmente se il sistema immunitario si indebolisce. Il problema? I test attuali fanno fatica a distinguere bene queste due condizioni, e questo contribuisce all’alta incidenza e mortalità della malattia.

Ecco perché noi ricercatori ci siamo messi al lavoro. Grazie ai progressi della genomica e della biologia molecolare, stiamo iniziando a capire meglio la complessa partita che si gioca tra il nostro corpo e il batterio. L’idea è che studiando a fondo come reagisce il nostro sistema immunitario, possiamo trovare nuovi bersagli per diagnosi e terapie. Ma la comprensione completa di cosa succede a livello molecolare e immunitario nelle diverse forme di TB è ancora lontana.

La Nostra Missione: Svelare i Segreti Immunitari

In questo studio, ci siamo tuffati nei dati! Abbiamo preso dei database pubblici di espressione genica (in pratica, quali geni sono “accesi” o “spenti” nelle cellule) e li abbiamo incrociati con database di geni legati all’immunità. L’obiettivo? Disegnare un ritratto preciso dei “fenotipi immunitari” dell’ATB e dell’LTB. Volevamo capire quali geni legati all’immunità si comportano diversamente nelle due forme e come cambia il “panorama” delle cellule immunitarie presenti.

La nostra ipotesi era semplice: ATB e LTB devono avere delle “firme” genetiche immunitarie distinte, che riflettono risposte specifiche alla malattia. Identificare queste firme e i biomarcatori chiave ci aiuterebbe a capire meglio la malattia, a trovare nuovi strumenti diagnostici e, speriamo, a sviluppare strategie terapeutiche più mirate.

Abbiamo analizzato diversi set di dati (GSE19491, GSE107994, GSE149758) che contenevano profili genetici da campioni di sangue di pazienti con ATB, LTB e controlli sani. Abbiamo usato metodi statistici per trovare i geni con espressione significativamente diversa (i cosiddetti DEGs – Differentially Expressed Genes) e poi ci siamo concentrati su quelli legati all’immunità usando il database ImmProt.

Cosa Abbiamo Scoperto: Geni e Percorsi Diversi

Ebbene, abbiamo trovato un bel po’ di differenze! Nell’ATB abbiamo identificato 273 geni immunitari con espressione alterata rispetto ai controlli, mentre nell’LTB ne abbiamo trovati 105. Interessante notare che solo 58 di questi geni erano comuni a entrambe le forme, mentre 215 erano specifici dell’ATB e 47 dell’LTB. Questo già ci dice che le risposte immunitarie sono parecchio diverse.

Ma non ci siamo fermati ai singoli geni. Abbiamo guardato quali “percorsi biologici” (pathways) venivano attivati o disattivati.

• I geni comuni erano coinvolti nella regolazione della produzione di citochine (messaggeri dell’infiammazione), nella risposta immunitaria innata e nell’interazione tra citochine e i loro recettori.
• I geni specifici dell’ATB erano arricchiti in percorsi come l’interazione citochina-recettore, il processamento e la presentazione dell’antigene (come il sistema immunitario “mostra” il nemico alle altre cellule) e la differenziazione delle cellule T helper 17 (Th17), note per il loro ruolo pro-infiammatorio.
• I geni specifici dell’LTB, invece, erano più legati a percorsi come la via di segnalazione MAPK, la via di Ras e la via PI3K-Akt. Questi percorsi sono spesso coinvolti nella sopravvivenza cellulare, nella crescita e nella regolazione più “fine” della risposta immunitaria, forse per tenere il batterio sotto controllo senza scatenare un’infiammazione eccessiva.

Queste differenze nei percorsi attivati suggeriscono strategie immunitarie distinte: più aggressiva e infiammatoria nell’ATB, più controllata e di sorveglianza nell’LTB.

Alla Ricerca di Biomarcatori Diagnostici

Identificare le differenze è bello, ma possiamo usarle per la diagnosi? Abbiamo usato un algoritmo di intelligenza artificiale (Random Forest) per capire quali, tra i geni specifici di ATB e LTB, fossero i più “importanti” nel distinguere le due condizioni.

Per l’ATB, due geni sono emersi come particolarmente promettenti: HLA-DRB5 e IRF1. HLA-DRB5 è coinvolto nella presentazione dell’antigene, mentre IRF1 è un fattore di trascrizione importante nelle risposte antivirali e antibatteriche mediate dall’interferone.
Per l’LTB, sono emersi diversi candidati interessanti: LCN10, SHC1, IKBKG, RETN e SOS1 (e anche JUN). SOS1, ad esempio, è coinvolto nella via di segnalazione Ras/MAPK che abbiamo visto essere arricchita nell’LTB.

Abbiamo costruito dei modelli predittivi (nomogrammi) basati su questi geni e abbiamo verificato che fossero abbastanza accurati nel predire il rischio di ATB o LTB. Le curve ROC (un modo per valutare l’accuratezza diagnostica) hanno confermato che HLA-DRB5 e IRF1 hanno un buon potenziale per diagnosticare l’ATB, mentre SOS1 (e in misura minore altri come LCN10, JUN, SHC1) sembra promettente per l’LTB.

Non Solo Geni: Il Ruolo delle Cellule Immunitarie

Ma la risposta immunitaria non è fatta solo di geni accesi o spenti, è fatta di cellule! Abbiamo quindi usato un altro strumento bioinformatico (CIBERSORT) per stimare l’abbondanza relativa di 22 tipi diversi di cellule immunitarie nei campioni. E anche qui, sono emerse differenze significative.

Nell’ATB, abbiamo notato livelli significativamente più alti di macrofagi M0 (un tipo di macrofago “indifferenziato”) rispetto a LTB e controlli.
Nell’LTB, invece, abbiamo trovato livelli più alti di altre cellule importanti per la difesa: cellule Natural Killer (NK) a riposo, cellule T CD8+ (i killer del sistema immunitario) e cellule T CD4+ memoria attivate.

Abbiamo poi voluto confermare queste scoperte “sul campo”. Abbiamo reclutato pazienti reali con ATB (10), LTB (10) e controlli sani (10) e abbiamo analizzato il loro sangue con la citometria a flusso, una tecnica che permette di contare e caratterizzare le cellule una per una. I risultati hanno confermato quanto visto con CIBERSORT: più macrofagi M0 nell’ATB, più cellule NK a riposo, T CD8+ e T CD4+ memoria attivate nell’LTB.

Questo suggerisce che nell’ATB la risposta dei macrofagi potrebbe essere inefficace o addirittura “dirottata” dal batterio, mentre nell’LTB c’è un profilo immunitario più protettivo, con cellule pronte a tenere a bada l’infezione.

Validazione e Sguardo al Futuro con il Single-Cell

Per essere ancora più sicuri, abbiamo verificato l’espressione dei geni candidati (HLA-DRB5, IRF1, SOS1, LCN10, ecc.) sia a livello di mRNA (con RT-qPCR) che di proteina (con Western Blot) nei nostri pazienti. I risultati hanno confermato le tendenze osservate nei dati pubblici: ad esempio, IRF1 più alto e HLA-DRB5 più basso nell’ATB; SOS1 più alto e gli altri (LCN10, SHC1, IKBKG, JUN, RETN) più bassi nell’LTB rispetto ai controlli.

Infine, abbiamo dato uno sguardo ancora più dettagliato usando dati di sequenziamento a singola cellula (scRNA-seq). Questa tecnologia pazzesca ci permette di vedere l’espressione genica cellula per cellula! Abbiamo identificato diversi tipi di cellule immunitarie (linfociti B, T CD8, monociti, macrofagi M0, M1, M2, cellule NK) e abbiamo visto come la loro distribuzione cambiasse tra ATB, LTB e controlli. Ad esempio, monociti e cellule T CD8 erano più comuni nell’ATB, mentre macrofagi M1/M2 e cellule NK erano più presenti nell’LTB e nei controlli. Abbiamo anche potuto vedere che alcuni dei nostri geni candidati erano espressi preferenzialmente in certi tipi cellulari (es. IRF1 e JUN nei monociti, RETN nei macrofagi M2).

Cosa Significa Tutto Questo?

Integrare l’analisi dell’espressione genica con quella delle popolazioni cellulari ci ha dato un quadro molto più ricco delle differenze immunitarie tra tubercolosi attiva e latente. Abbiamo identificato non solo potenziali biomarcatori diagnostici (come HLA-DRB5, IRF1, SOS1), ma anche percorsi biologici e tipi cellulari che giocano ruoli distinti nelle due condizioni.

Queste scoperte sono importanti perché:

• Aprono la strada allo sviluppo di test diagnostici più accurati per distinguere ATB e LTB, cosa cruciale per decidere la terapia giusta e prevenire la riattivazione.
• Ci aiutano a capire meglio perché l’infezione progredisce in malattia attiva in alcune persone e rimane latente in altre.
• Identificano potenziali bersagli molecolari e cellulari per nuove strategie terapeutiche, magari terapie “dirette all’ospite” (host-directed therapies) che modulino la risposta immunitaria per aiutare a combattere il batterio, o vaccini terapeutici per rinforzare le difese nell’LTB.

Certo, come in ogni ricerca, ci sono dei limiti. I campioni analizzati non sono tantissimi, i dati provengono da database pubblici con possibili differenze tecniche, e il nostro è uno studio “fotografico” (cross-sezionale), non un film che segue i pazienti nel tempo. Serviranno studi più ampi, longitudinali e in diverse popolazioni per validare questi biomarcatori e capire davvero il loro valore clinico.

Ma il passo avanti è significativo. Decifrare la complessa risposta immunitaria alla tubercolosi è come risolvere un puzzle intricato. Ogni pezzo che mettiamo al suo posto ci avvicina a controllare meglio questa malattia devastante. Speriamo che questi risultati contribuiscano a sviluppare armi più efficaci per la diagnosi e la cura della TB.

Fonte: Springer