TpF1 from Treponema pallidum activates inflammasome and promotes the development of Regulatory T cells

La sifilide è una malattia cronica causata dalla spirocheta Treponema pallidum. Essa è acquisita per contatto diretto, usualmente sessuale, attraverso una lesione primaria o secondaria attiva. L’infezione può trasmettersi anche per via verticale, nel caso in cui Treponema attraversi la placenta in una donna gravida recante l’infezione. Di particolare importanza è la scoperta che la sifilide aumenta il rischio di trasmettere e di acquisire il virus dell’HIV (Ficarra & Carlos, 2009). Dopo la seconda Guerra mondiale, l’introduzione dell’uso della penicillina, i test sierologici alle donne incinta ed il trattamento dei partner infetti hanno diminuito di molto l’incidenza della patologia. Successivamente, si è assistito ad un alternarsi di aumento e diminuzione dei casi, in rapporto alle risorse destinate ai programmi di sorveglianza della malattia, al livello socioeconomico del paese e a variazioni nei comportamenti delle persone infette. Oggi, la sifilide costituisce ancora un importante problema di salute pubblica e rimane una delle maggiori malattie trasmissibili sessualmente, in particolar modo nei paesi in via di sviluppo, anche se un aumento dei casi è stato registrato negli ultimi anni anche negli Stati Uniti e in Europa (Golden et al., 2003; Fenton et al., 2008). La sifilide è caratterizzata da tre stadi evolutivi. Inizialmente appare una papula rossa nel sito d’infezione, in genere rappresentato dai genitali. Entro pochi giorni la papula si ulcera, producendo la tipica cancrena della sifilide primaria, che è indolore e ricca di batteri. La cancrena è accompagnata da una linfoadenopatia regionale. In assenza di trattamento antibiotico, i batteri possono proliferare a livello della cancrena e possono raggiungere con il sistema linfatico il circolo sanguigno, attraverso il quale disseminano per tutto il corpo. Questo stadio, che definisce la sifilide secondaria è dunque una tipica malattia sistemica. La manifestazione più ricorrente di questo stadio è un eritema disseminato, che in genere si risolve spontaneamente. Nei pazienti non trattati i sintomi sono assenti per un periodo di tempo variabile, che viene chiamato fase latente. In circa un terzo dei pazienti non trattati si può sviluppare la sifilide tardiva sintomatica. Questa include la gomma sifilitica, la neurosifilide e la sifilide cardiovascolare. Il terzo stadio può portare a lesioni molto deturpanti ed anche alla morte del paziente (Lafond & Lukehart, 2006). Nelle prime fasi dell’infezione T. pallidum è in grado di attivare una potente risposta infiammatoria ed immunitaria adattativa. Quest’ultima è tipicamente una risposta di tipo cellulo-mediata, caratterizzata da una predominanza di cellule T helper 1 (Th1). Si ritiene che i linfociti Th medino l’eliminazione del batterio attraverso la produzione di citochine come l’INF-γ, che potenzia il potere microbicida dei macrofagi (Leader et al., 2007). I macrofagi poi fagocitano e uccidono i batteri opsonizzati. Nonostante ciò, sebbene nel corso della sifilide intervenga risposta immunitaria di tipo cellulo-mediata, T. pallidum spesso riesce ad evitare di essere eliminato e, in pazienti non trattati, può portare ad un’infezione cronica. Gli sforzi fatti per chiarire i meccanismi molecolari di virulenza di T. pallidum sono stati ostacolati da alcune sue caratteristiche, che lo rendono difficile da coltivare in vitro. Dato che poco si conosce riguardo ai meccanismi attraverso cui T. pallidum causa la sifilide, abbiamo deciso di indagare il ruolo di una proteina, prodotta dal batterio, chiamata antigene 4D o TpF1, nell’insorgenza della patologia. TpF1 è una proteina oligomerica di 190 kDa, localizzata nel periplasma (Cunningham et al., 1988). Nonostante TpF1 sia stata identificata e purificata nel 1984, la funzione non è ancora nota (Fehniger et al., 1984). Abbiamo deciso di studiare TpF1 per diverse ragioni, qui di seguito brevemente riassunte. Nel 1986, Coates e colleghi hanno riportato che TpF1 induce una notevole seroconversione, in particolare nei pazienti con sifilide primaria (Coates et al., 1986). Borenstein et al, hanno dimostrato che la somministrazione intra vena di TpF1 in conigli, che venivano successivamente esposti a Treponema, riduceva il tempo dello sviluppo delle lesioni, suggerendo un ruolo per questa proteina nell’induzione di una risposta infiammatoria e/o immunitaria (Borenstein et al., 1988). Inoltre, TpF1 appartiene alla famiglia delle Dps-like (DNA-binding proteins from starved cells) ed è omologa a due proteine di questa famiglia, HP-NAP di Helicobacter pylori e NAPA di Borrelia Borgdoferi (Amedei et al., 2006; Codolo et al., 2008). Queste due proteine sono state studiate nel nostro laboratorio e le loro proprietà immunomodulanti sono state dimostrate essere cruciali nel sostenere patologie croniche. Alla luce di queste considerazioni abbiamo dunque voluto verificare se TpF1 potesse avere un ruolo nello scatenare l’infiammazione ed, eventualmente, nel reprimere la risposta immunitaria adattativa, permettendo così al batterio di sopravvivere nell’ospite. In accordo, alcuni anni fa è stato proposto il coinvolgimento dei linfociti T dotati di attività immunosoppressiva per spiegare l’incapacità dell’ospite di eliminare il batterio (Tabor et al., 1984; Tabor et al., 1987) . Inizialmente, abbiamo indagato il potenziale pro-infiammatorio di TpF1 ed abbiamo dimostrato che l’antigene attiva i monociti ad esprimere e rilasciare le citochine pro-infiammatorie quali IL-1β, IL-6 e TNF-α, suggerendo che TpF1 contribuisca all’infiammazione. Considerando la capacità di TpF1 di indurre la produzione di IL-1β, abbiamo indagato il meccanismo molecolare attraverso cui TpF1 promuove questo effetto. Abbiamo dimostrato che TpF1 induce il rilascio di ATP endogeno dai monociti. Il legame dell’ATP al recettore P2X7 determina l’attivazione dell’inflammasoma, portando, come effetto finale, al rilascio di IL-1β. Inoltre, abbiamo osservato che TpF1 contribuisce al mantenimento dell’infiammazione prevenendo il naturale decorso apoptotico dei monociti, attraverso l’induzione dell’espressione di proteine anti-apoptotiche, quali Mcl-1 e Bcl-XL. Nonostante la specifica e potente risposta immunitaria che si instaura in seguito all’infezione batterica, in assenza di un trattamento antibiotico, T. pallidum può sopravvivere nell’ospite e la sifilide può evolvere in una malattia cronica. Sono stati suggeriti diversi meccanismi che potrebbero garantire la persistenza del microrganismo nell’ospite. Come riportato sopra, diversi anni fa Tabor e colleghi suggerirono che l’infezione con T. pallidum inducesse la produzione di cellule T soppressorie, inibenti l’attività dei macrofagi (Tabor et al., 1984; Tabor et al., 1987). Abbiamo dimostrato che monociti, isolati da sangue periferico e stimolati con TpF1, producono IL-10 e TGF-β, citochine cruciali nel differenziamento dei linfociti T verso il fenotipo T regolatorio. Nel nostro lavoro, abbiamo riportato, per la prima volta, che nel sangue periferico di pazienti con sifilide secondaria c’è un aumento dei linfociti T regolatori CD4+CD25+high. Queste cellule sono positive per il fattore di trascrizione Foxp3 e sono in grado di produrre TGF-β. Inoltre, abbiamo dimostrato che TpF1 promuove l’espansione dei linfociti T regolatori isolati da pazienti con sifilide secondaria ed induce la produzione da parte degli stessi di TGF-β. In conclusione, la proteina TpF1 di T. pallidum possiede una peculiare attività immunomodulante che è attesa ripercuotersi in vivo sia sulla risposta infiammatoria che immunitaria adattativa. Da un lato, TpF1 stimola l’infiammazione e potrebbe contribuire alla distribuzione del tessuto inducendo la produzione e il rilascio di citochine pro-infiammatorie, come TNF-α, IL-6 e IL-1β; d’altra parte, TpF1 inibisce la risposta immunitaria, ovvero l’eliminazione del batterio, attraverso l’induzione di una risposta T regolatoria.