Study of Immune Senescence and Premature Aging in Two Populations at Higher Risk of Cancer: Elderly People and Perinatally Human Immunodeficiency Virus (HIV)-Infected Children

L’immunosenescenza e l’invecchiamento prematuro rappresentano importanti fattori di rischio per l’insorgenza di tumore; il deterioramento delle funzioni immunitarie e l’accumulo di danni al DNA con l’avanzare dell’età determinano un generale peggioramento dello stato di salute e predispongono alla malattia neoplastica. Come risultato della maggiore aspettativa di vita, è previsto che il numero di tumori nella popolazione anziana aumenterà significativamente nei prossimi anni. E’ sempre più importante, pertanto, trovare dei marcatori prognostici per l’insorgenza di cancro e/o di risposta alla terapia, anche al fine di migliorare il trattamento di questa popolazione più vulnerabile. Va inoltre sottolineato che certe condizioni, come l’infezione da HIV, sembrano accelerare il processo di invecchiamento e di immunosenescenza; l’attivazione cronica del sistema immunitario potrebbe giocare un ruolo critico in queste disfunzioni, che, oltre all’immunodepressione, potrebbero costituire un importante fattore di rischio per l’insorgenza dei tumori associati ad HIV. L’alta incidenza di tumore fra gli individui HIV-infetti, rispetto alla popolazione generale di pari età, anche dopo l’introduzione della terapia antiretrovirale (ART) che riduce i livelli di HIV e parzialmente ripristina il sistema immunitario, va a sostegno dell’ipotesi che altre condizioni, oltre all’immunodepressione, possano giocare un ruolo nel processo di cancerogenesi nelle persone HIV-infette. Questo è di particolare rilievo nei bambini con infezione perinatale da HIV, nei quali il sistema immunitario co-evolve dalla nascita con il virus. Dopo l’introduzione dell’ART, la maggior parte dei bambini HIV-infetti diventa adolescente ed entra nell’età adulta; nonostante la terapia, questi rimangono ad alto rischio di tumore. Il mio progetto di Dottorato si è focalizzato sullo studio dell’immunosenescenza e dell’invecchiamento prematuro in due popolazioni ad alto rischio di cancro: i soggetti anziani e i bambini con infezione perinatale da HIV. 1. Immunosenescenza e cancro negli anziani In questo studio sono stati analizzati l’output timico, il profilo immunofenotipico dei linfociti CD4+ e CD8+ e la lunghezza del telomero (TL) nel sangue periferico di pazienti con cancro di età superiore ai 70 anni. Sono stati arruolati 52 soggetti anziani con cancro e 39 controlli di pari età senza storia di cancro. Le percentuali di cellule C8+ naive e CD8+ di recente uscita timica e i livelli di TREC (“T-cell receptor excision circles”, marker molecolare per valutare l’output timico) erano significativamente più bassi nei pazienti con cancro che nei controlli (16.7% [9.3-25.2] vs 24.6% [14.7-33.5], p=0.003; 34.2% [24.7-46.4] vs 44.9% [36.0-50.7], p=0.004; 16.0 [7.7-31.5] vs 25.0 [14.0-56.0] TREC copies/105 PBMC, p=0.031; rispettivamente). La TL nelle cellule mononucleari di sangue periferico (PBMC) era significativamente più corta nei pazienti con cancro che nei controlli (p=0.046) e correlava con l’età solo in quest’ultimi (r=-0.354, p=0.031). Il profilo telomeri corti(≤mediana)/bassi livelli di TREC (≤mediana) era associato con un alto rischio di cancro (OR=3.68 [95%CI 1.22-11.11]; p=0.021). E’ in corso un sottostudio longitudinale al fine di valutare l’impatto di questi marcatori sulla risposta alla chemioterapia e/o sul decorso della malattia. Dati preliminari hanno mostrato, che dopo il trattamento chemioterapico, vi è un aumento delle cellule CD8+ differenziate allo stadio terminale (p=0.031), e che l’accorciamento del telomero durante il follow-up tende ad essere maggiore nei pazienti con malattia di stadio III rispetto a quelli di stadio II. Inoltre, l’analisi del danno al DNA nei PBMC, prima e dopo l’esposizione ad una sorgente di raggi gamma, ha suggerito che i pazienti con cancro hanno una ridotta efficienza nei processi di riparo del DNA. In generale, questi risultati indicano che l’immunosenescenza è significativamente più grave nei pazienti anziani con cancro rispetto ai controlli di pari età. Il basso output timico e i telomeri più corti nelle cellule di sangue periferico potrebbero riflettere una condizione pre-esistente, che facilita l’insorgenza di tumore nelle persone anziane e che potrebbe influenzare la risposta alla chemioterapia. 2. Invecchiamento prematuro nei bambini con infezione perinatale da HIV Sono stati studiati 71 bambini HIV-infetti (HIV+) nati da madre HIV-infetta, dai 0 ai 5 anni di età, 65 bambini esposti non infetti (HEU) nati da madre HIV-infetta e 56 non esposti non infetti (HUU) di pari età. Il 42% dei bambini HIV+ non era in ART. La TL era significativamente più corta nei bambini HIV+ rispetto ai bambini HEU e HUU (p<0.0001, dopo aggiustamento per età); inoltre, i bambini HIV+ ART-naive mostravano una TL più corta rispetto ai bambini in ART (mediana 2.11 [range interquartilico (IQR) 1.75-2.37 vs 2.46 [2.07-2.68]; p=0.0029, dopo aggiustamento per età). Le cellule CD8+ di recente uscita timica (CD45RA+CD31+) e i livelli di TREC erano significativamente più bassi nei bambini HIV+ rispetto ai bambini HEU e HUU (p=0.005 e p=0.0249, rispettivamente), mentre le percentuali delle cellule CD8+ di memoria effettrici (CD45RA-CD27-) e differenziate allo stadio terminale (CD45RA+CD27-) erano maggiori nei primi (p=0.033 e p<0.001, rispettivamente). Le cellule CD8+ senescenti (CD28-CD57+) erano maggiori negli HIV+ che nei bambini HEU e HUU (25.8% [12.4-43.2] vs 8.5% [6.8-16.7] vs 9.7% [3.3-27.3]; p=0.004), così come le cellule CD8+ attivate (CD38+HLA-DR+) (7.0% [5.2-12.2] vs 3.5% [3.9-7.6] vs 3.7 [2.4-6.7]; p<0.001) e le cellule CD8+PD-1+ (7.1% [5.0-12.4] vs 3.5% [2.1-5.9] vs 3.7% [2.4-5.3]; p<0.001). All’interno della sottopopolazione di cellule CD4+, la percentuale delle cellule senescenti non era significativamente diversa fra HIV+ e controlli, sebbene l’espressione di PD-1 tendesse ad essere maggiore negli HIV+ (p=0.050). Nell’insieme, questi dati suggeriscono che i bambini HIV-infetti mostrano un invecchiamento prematuro e uno stato di immunosenescenza accelerato che colpisce per lo più la sottopopolazione delle cellule CD8+. L’infezione da HIV per sé sembra influenzare il processo di invecchiamento, piuttosto che l’esposizione all’ART per profilassi o trattamento. I meccanismi attraverso i quali HIV potrebbe influenzare queste funzioni rimangono ancora da chiarire; comunque, l’attivazione cronica del sistema immunitario dovuta alla persistenza degli antigeni virali potrebbe promuovere la rapida proliferazione delle cellule CD8+ causando l’erosione dei telomeri e determinando il fenotipo immunosenescente. Conclusioni Nel complesso questi studi suggeriscono che la lunghezza dei telomeri, l’output timico e l’analisi immunofenotipica rappresentano dei marcatori utili per monitorare l’invecchiamento prematuro e l’immunosenescenza. Nei pazienti anziani, il basso output timico e i telomeri corti sono significativamente associati al tumore e potrebbero influenzare la risposta alla chemioterapia. Pertanto, questi marcatori potrebbero essere utili nella popolazione anziana per predire l’insorgenza di neoplasia e pianificare strategie terapeutiche. Nel contesto dell’infezione pediatrica da HIV, il nostro studio indica l’importanza di analizzare, in aggiunta agli esami correnti, come la plasmaviremia HIV e il profilo delle cellule CD4+, la lunghezza del telomero e le sottopopolazioni delle cellule CD8+, al fine di valutare lo stato di invecchiamento prematuro e l’immunosenescenza in questa popolazione ad alto rischio di cancro.