1996: la terapia cambia anche la prevenzione

Nel 1996 le nuove terapie cambiarono la storia dell’HIV. Ma insieme alla prognosi delle persone cominciò a cambiare anche il modo di pensare la prevenzione: se la terapia poteva ridurre drasticamente la quantità di virus nell’organismo, poteva ridurre anche la probabilità di trasmetterlo?

Nel capitolo precedente abbiamo visto che gli antiretrovirali avevano cominciato a modificare la prevenzione dell’HIV prima ancora che esistesse una terapia capace di sopprimere stabilmente la replicazione virale. La zidovudina era già utilizzata nella profilassi post-esposizione, ACTG 076 ne aveva dimostrato l’efficacia nella prevenzione della trasmissione materno-fetale — indicata più precisamente come mother-to-child transmission (MTCT), perché può avvenire durante la gravidanza, il parto o l’allattamento — e gli studi sui macachi avevano mostrato che un intervento farmacologico poteva impedire l’instaurarsi dell’infezione sia prima sia dopo l’esposizione.

Tutti questi interventi agivano però sulla persona esposta, almeno in parte. Restava aperta una domanda diversa: ridurre la replicazione di HIV nella persona che aveva acquisito l’infezione poteva diminuire anche la probabilità che il virus venisse trasmesso?
Per affrontarla era necessario, prima di tutto, riuscire a controllare HIV molto meglio di quanto consentisse la monoterapia.

1996: sopprimere la replicazione virale

I primi antiretrovirali appartenevano alla classe degli inibitori nucleosidici della trascrittasi inversa (NRTI): zidovudina (AZT), didanosina (ddI), zalcitabina (ddC), stavudina (d4T) e lamivudina (3TC) interferivano con la sintesi del DNA virale, ma la monoterapia e le prime associazioni di due farmaci esercitavano una pressione farmacologica insufficiente a mantenere una soppressione prolungata della replicazione. HIV possiede inoltre un’elevata variabilità genetica: quando continua a replicarsi in presenza di una pressione farmacologica insufficiente, possono essere selezionate varianti contenenti mutazioni di resistenza, capaci di ridurre progressivamente l’efficacia del farmaco fino, in alcuni casi, a renderlo sostanzialmente inefficace[1].

L’introduzione degli inibitori della proteasi (PI) modificò profondamente questa situazione. Saquinavir (SQV) venne approvato dalla FDA alla fine del 1995, seguito nel 1996 da ritonavir (RTV) e indinavir (IDV)[2]. A differenza degli analoghi nucleosidici, questi farmaci agivano su una fase successiva del ciclo replicativo: inibivano la proteasi virale, impedendo il corretto processamento delle poliproteine di HIV e quindi la produzione di virioni maturi infettivi.

L’associazione di un inibitore della proteasi con due inibitori nucleosidici della trascrittasi inversa permetteva quindi di interferire con la replicazione virale attraverso meccanismi differenti. I risultati presentati alla XI Conferenza internazionale sull’AIDS di Vancouver, nel luglio 1996, mostrarono che queste combinazioni potevano produrre riduzioni della concentrazione plasmatica di HIV-RNA molto superiori a quelle ottenute con le strategie precedenti e, in una quota rilevante delle persone trattate, portarla al di sotto del limite di rilevazione dei test disponibili[3].

Non significava che HIV fosse stato eliminato dall’organismo: una carica virale non rilevabile indicava che la concentrazione di HIV-RNA nel plasma era inferiore alla soglia analitica del test utilizzato. Significava però che, per la prima volta, la replicazione virale poteva essere soppressa in modo profondo e mantenuta nel tempo attraverso una combinazione sufficientemente potente di antiretrovirali.

Si affermò così quella che venne definita HAART, Highly Active Antiretroviral Therapy, basata inizialmente soprattutto sulla combinazione di tre farmaci appartenenti ad almeno due classi differenti.

Contemporaneamente cambiava anche la capacità di misurare gli effetti della terapia. Fino ad allora il numero dei linfociti CD4 era stato uno dei principali parametri utilizzati per valutare la progressione dell’infezione, ma descriveva soprattutto il danno immunologico prodotto da HIV; lo sviluppo dei test quantitativi per HIV-RNA permetteva invece di misurare direttamente la quantità di materiale genetico virale presente nel plasma e di utilizzare la carica virale come indicatore dell’intensità della replicazione.

Nel 1996 John Mellors e colleghi mostrarono che la concentrazione plasmatica di HIV-RNA possedeva un forte valore prognostico indipendente. Nei partecipanti alla Multicenter AIDS Cohort Study, livelli più elevati di RNA virale erano associati a una probabilità maggiore di progressione verso AIDS e di morte, anche tenendo conto del numero dei CD4[4]. Nel 1997 un gruppo italiano coordinato da Massimo Andreoni studiò direttamente il rapporto tra risposta alla terapia e infettività del virus. In 86 persone mai trattate in precedenza, arruolate in uno studio con SQV e AZT, la diminuzione dell’HIV-RNA plasmatico si accompagnava a una riduzione dell’infettività misurata nel plasma, aggiungendo così un ulteriore elemento al rapporto tra quantità di virus e capacità di produrre nuove infezioni cellulari[5].

La quantità di virus non era quindi soltanto un parametro utile per verificare la risposta alla terapia: descriveva una componente fondamentale della patogenesi dell’infezione.

Negli stessi anni gli studi di dinamica virale contribuirono a modificare ulteriormente il modello biologico dell’HIV. Analizzando la rapidità con cui la viremia diminuiva dopo l’introduzione di antiretrovirali potenti, David Ho, Alan Perelson e altri ricercatori mostrarono che HIV possiede un turnover estremamente rapido: ogni giorno vengono prodotte ed eliminate enormi quantità di particelle virali e vengono infettate nuove cellule bersaglio. La lunga fase clinicamente asintomatica dell’infezione non corrispondeva a una fase di latenza virologica, al contrario la replicazione rimaneva intensa e continua[6].

Questi risultati fornivano anche una spiegazione biologica dell’efficacia della terapia di combinazione: ridurre drasticamente il numero dei cicli replicativi significava non solo diminuire la viremia e preservare il sistema immunitario, ma anche limitare le occasioni in cui potevano emergere ed essere selezionate mutazioni capaci di conferire resistenza ai farmaci.

Ma la possibilità di modificare di diversi ordini di grandezza la quantità di HIV presente nel plasma poneva inevitabilmente un’altra questione: la carica virale poteva essere anche uno dei determinanti della trasmissione?

Dalla carica virale alla probabilità di trasmissione

Alcune osservazioni precedenti al 1996 suggerivano già che la terapia della persona con HIV potesse avere conseguenze sulla probabilità di trasmettere il virus. Nel 1994 l’Italian Study Group on HIV Heterosexual Transmission aveva analizzato coppie eterosessuali sierodiscordanti nelle quali l’uomo viveva con HIV, osservando una minore incidenza di sieroconversione nelle partner degli uomini che assumevano zidovudina (AZT)[7].

Il dato non permetteva di dimostrare un effetto preventivo della terapia. Si trattava di uno studio osservazionale, la zidovudina veniva utilizzata in monoterapia e non erano disponibili le condizioni di soppressione virologica che sarebbero diventate possibili con le combinazioni successive. Introduceva tuttavia un’ipotesi epidemiologica importante: il trattamento della persona con HIV poteva modificare il rischio di trasmissione al partner.

La trasmissione materno-fetale offrì un’altra possibilità di studiare la relazione tra quantità di virus e probabilità di acquisizione dell’infezione. ACTG 076 aveva già dimostrato l’efficacia preventiva dell’AZT, ma il regime prevedeva il trattamento della madre durante la gravidanza e il parto e quello del neonato nelle prime sei settimane di vita. Non consentiva quindi di attribuire l’intera riduzione della trasmissione alla diminuzione della viremia materna.

Nel 1996 Rhoda Sperling e colleghi analizzarono proprio questa relazione. La concentrazione plasmatica materna di HIV-RNA risultava associata al rischio di trasmissione: all’aumentare della carica virale aumentava la probabilità che il bambino acquisisse HIV. La riduzione della viremia spiegava tuttavia soltanto una parte dell’effetto protettivo osservato con zidovudina, indicando che nel protocollo ACTG 076 contribuivano probabilmente anche altri meccanismi, compresa la protezione diretta del bambino attraverso la somministrazione di zidovudina dopo la nascita [8]. Anche i dati del Registro Italiano per l’Infezione da HIV in Pediatria[9] avrebbero successivamente documentato, a livello di popolazione, l’impatto di questo cambiamento: tra il periodo 1985-1995 e il 1996-1999 la trasmissione materno-fetale diminuì dal 15,5% al 5,8% e, dopo il 1995, il rischio risultò ridotto del 93% quando la madre riceveva una terapia antiretrovirale di combinazione.

La relazione quantitativa tra viremia e trasmissione sessuale divenne molto più evidente pochi anni dopo. Nel 2000 Thomas Quinn e colleghi pubblicarono i risultati ottenuti su 415 coppie eterosessuali sierodiscordanti seguite nel distretto di Rakai, in Uganda. In quella popolazione la terapia antiretrovirale non era disponibile e lo studio consentiva quindi di osservare la storia naturale della relazione fra concentrazione plasmatica di HIV-RNA e trasmissione.
L’incidenza della trasmissione aumentava progressivamente con la carica virale della persona con HIV. Non vennero osservate trasmissioni quando la concentrazione era inferiore a 1.500 copie di HIV-RNA per millilitro, mentre il rischio cresceva significativamente nelle categorie di viremia più elevate[10].

Quel risultato non dimostrava l’esistenza di una soglia sotto la quale la trasmissione fosse impossibile, perché il numero di persone con valori molto bassi era limitato, le misurazioni della carica virale erano intermittenti e soprattutto quelle persone non erano mantenute in soppressione virologica da una terapia antiretrovirale efficace. Lo studio dimostrava però qualcosa di fondamentale: la probabilità di trasmissione sessuale era fortemente associata alla quantità di HIV presente nel plasma.

A questo punto terapia e prevenzione cominciavano a incontrarsi sullo stesso parametro biologico.

La terapia di combinazione era in grado di ridurre la carica virale fino a livelli non rilevabili e una viremia più elevata era associata sia alla progressione dell’infezione sia a una maggiore probabilità di trasmissione materno-fetale e sessuale. L’ipotesi che la soppressione farmacologica di HIV potesse diventare essa stessa uno strumento di prevenzione acquistava quindi una base biologica ed epidemiologica sempre più solida. Mancava ancora la dimostrazione diretta.

Soppressione virologica e prevenzione: un’ipotesi ancora da dimostrare

Alla fine degli anni Novanta non era ancora possibile concludere che una persona con carica virale plasmatica non rilevabile non potesse trasmettere HIV per via sessuale.

Uno dei problemi riguardava i compartimenti anatomici. La maggior parte degli studi misurava HIV-RNA nel plasma, mentre la trasmissione sessuale avviene attraverso l’esposizione delle mucose a fluidi genitali o rettali. La concentrazione di virus nel sangue e quella presente nel tratto genitale erano correlate, ma non necessariamente sovrapponibili; infezioni sessualmente trasmesse e processi infiammatori locali potevano inoltre modificare lo shedding virale genitale[11].

Anche il significato di “non rilevabile” richiedeva precisione: ogni test quantitativo ha un limite inferiore di rilevazione e un risultato al di sotto di quella soglia non significa che HIV sia scomparso dall’organismo, ma soltanto che la quantità di RNA virale nel plasma è troppo bassa per essere misurata con quel test. La persistenza di HIV nei reservoir cellulari e tissutali rendeva quindi già chiaro che soppressione virologica e guarigione non erano concetti equivalenti[12].

Mancava soprattutto l’evidenza epidemiologica necessaria per passare da una forte plausibilità biologica a una conclusione sulla trasmissione sessuale. Sarebbero serviti studi prospettici su grandi numeri di coppie sierodiscordanti, con documentazione della terapia, misurazioni ripetute della carica virale e un numero sufficientemente elevato di esposizioni sessuali.

Per questo, alla fine degli anni Novanta, la terapia antiretrovirale veniva ancora considerata principalmente uno strumento per modificare la prognosi della persona con HIV, mentre il preservativo rimaneva il principale intervento raccomandato per prevenire la trasmissione sessuale. Sul piano scientifico, però, la distinzione tra terapia e prevenzione aveva cominciato a perdere nitidezza. Per la prima volta un trattamento destinato alla persona con HIV permetteva di intervenire direttamente su una variabile biologica strettamente associata anche alla probabilità di trasmissione.

La domanda non era più soltanto se gli antiretrovirali potessero proteggere una persona prima o dopo l’esposizione. Diventava possibile chiedersi se la soppressione della replicazione virale nella persona con HIV potesse impedire che l’esposizione producesse una nuova infezione.

La risposta avrebbe richiesto ancora anni di ricerca.

Questo articolo fa parte di una serie dedicata alla storia scientifica della prevenzione dell’HIV.

1. Prima dei farmaci: prevenire un virus che conoscevamo appena
2. I farmaci diventano strumenti di prevenzione
3. 1996: la terapia cambia anche la prevenzione
4. 2000: la prevenzione farmacologica diventa realtà
5. La PrEP arriva in Europa. L’Italia aspetta
6. Positive prevention: chi deve prevenire che cosa?
7. Genere, corpi, ricerca: chi entra negli studi?
8. Dalla pillola alla prevenzione a lunga durata
9. Prevenzione combinata: gli strumenti ci sono, le barriere restano
10. Vaccini contro HIV perché li stiamo ancora aspettando
11. Dove può arrivare la prevenzione?

[1] Coffin JM. HIV population dynamics in vivo: implications for genetic variation, pathogenesis, and therapy. Science. 1995;267(5197):483-489. doi:10.1126/science.7824947.

[2] U.S. Food and Drug Administration. Accelerated and Restricted Approvals Under Subpart H (drugs) and Subpart E (biologics). Saquinavir fu approvato il 6 dicembre 1995, ritonavir il 1° marzo 1996 e indinavir il 13 marzo 1996.

[3] Collier AC, Coombs RW, Schoenfeld DA, et al. Treatment of human immunodeficiency virus infection with saquinavir, zidovudine, and zalcitabine. N Engl J Med. 1996;334(16):1011-1017. doi:10.1056/NEJM199604183341602; James JS. Vancouver in perspective. AIDS Treat News. 1996;(251):1-3.

[4] Mellors JW, Rinaldo CR Jr, Gupta P, White RM, Todd JA, Kingsley LA. Prognosis in HIV-1 infection predicted by the quantity of virus in plasma. Science. 1996;272(5265):1167-1170. doi:10.1126/science.272.5265.1167.

[5] Andreoni M, Sarmati L, Ercoli L, Nicastri E, Giannini G, Galluzzo C, Pirillo MF, Vella S. Correlation between changes in plasma HIV RNA levels and in plasma infectivity in response to antiretroviral therapy. AIDS Res Hum Retroviruses. 1997;13(7):555-561. doi:10.1089/aid.1997.13.555.

[6] Perelson AS, Neumann AU, Markowitz M, Leonard JM, Ho DD. HIV-1 dynamics in vivo: virion clearance rate, infected cell life-span, and viral generation time. Science. 1996;271(5255):1582-1586. doi:10.1126/science.271.5255.1582.

[7] Musicco M, Lazzarin A, Nicolosi A, et al.; Italian Study Group on HIV Heterosexual Transmission. Antiretroviral treatment of men infected with human immunodeficiency virus type 1 reduces the incidence of heterosexual transmission. Arch Intern Med. 1994;154(17):1971-1976. PMID: 8074601.

[8] Sperling RS, Shapiro DE, Coombs RW, et al.; Pediatric AIDS Clinical Trials Group Protocol 076 Study Group. Maternal viral load, zidovudine treatment, and the risk of transmission of human immunodeficiency virus type 1 from mother to infant. N Engl J Med. 1996;335(22):1621-1629. doi:10.1056/NEJM199611283352201.

[9] Italian Register for HIV Infection in Children. Mother-to-child transmission of human immunodeficiency virus in Italy: temporal trends and determinants of transmission in 3770 children born to HIV-infected women, 1985–1999. Clin Infect Dis. 2002;35(5):593-600. PMID: 12197800.

[10] Quinn TC, Wawer MJ, Sewankambo N, et al.; Rakai Project Study Group. Viral load and heterosexual transmission of human immunodeficiency virus type 1. N Engl J Med. 2000;342(13):921-929. doi:10.1056/NEJM200003303421303.

[11] Mostad SB, Overbaugh J, DeVange DM, et al. Hormonal contraception, vitamin A deficiency, and other risk factors for shedding of HIV-1 infected cells from the cervix and vagina. Lancet. 1997;350(9082):922-927. doi:10.1016/S0140-6736(97)04240-2; Ghys PD, Fransen K, Diallo MO, et al. The associations between cervicovaginal HIV shedding, sexually transmitted diseases and immunosuppression in female sex workers in Abidjan, Côte d’Ivoire. AIDS. 1997;11(12):F85-F93. doi:10.1097/00002030-199712000-00001.

[12] Chun TW, Carruth L, Finzi D, et al. Quantification of latent tissue reservoirs and total body viral load in HIV-1 infection. Nature. 1997;387(6629):183-188. doi:10.1038/387183a0; Finzi D, Hermankova M, Pierson T, et al. Identification of a reservoir for HIV-1 in patients on highly active antiretroviral therapy. Science. 1997;278(5341):1295-1300. doi:10.1126/science.278.5341.1295.