Interações vírus-célula e patogenia viral

Índice

• Interações entre vírus e células hospedeiras
• Patogenia das infecções víricas
• Glossário

O conhecimento da genética e replicação viral é necessário para entender as interações entre os vírus e as células hospedeiras. As interações a nível celular e a progressão de uma infecção viral em particular determina a patogenia da enfermidade e as manifestações clínicas. A resposta imunológica do hospedeiro à infecção viral é apresentada no capítulo 5.

Interações entre vírus e células hospedeiras

As interações entre os vírus e as suas células hospedeiras está intimamente ligada ao ciclo replicativo do vírus. As interações do vírus com os componentes e organelas celulares durante a replicação determinam como os vírus causam doenças. Em geral, existem quatro possíveis efeitos primários de uma infecção vírica em uma célula hospedeira. A maioria das infecções não causa alterações patológicas ou morfológicas aparentes na célula; entretanto a replicação pode causar citopatologia (arredondamento celular, desprendimento do tapete, formação de sincícios, etc.), transformação maligna ou lise celular (morte).

Morte celular

A morte celular durante a replicação pode ocorrer por vários fatores. A causa mais comum parece ser a inibição da síntese basal de macromoléculas, como proteínas. Durante a replicação, o vírus induz a maquinaria celular a produzir principalmente produtos virais em detrimento dos produtos necessários à sobrevivência da célula. Com isso, estes não estão em quantidades suficientes para manter a sua viabilidade. Além da falta de produtos essenciais, esses eventos resultam em acúmulo excessivo de produtos virais (RNA, DNA, proteínas), que podem ser tóxicos para a célula.

Na fase de liberação/egresso do ciclo replicativo de alguns vírus apoptose é estimulada. Em outros casos, a inibição da síntese de macromoléculas celulares provoca danos nas membranas lisossomais e liberação de enzimas hidrolíticas, resultando em morte celular.

Efeitos celulares

Efeito citopático (ECP) refere-se a quaisquer alterações morfológicas celulares resultantes de infecção vírica. Células infectadas podem ter a sua membrana plasmática alterada, e como resultado pode fusionar com a célula vizinha. Acredita-se que essas alterações de membrana que levam a fusão são resultado da inserção de proteínas virais durante o ciclo replicativo. O resultado da fusão de várias células são células gigantes multinucleadas ou sincícios. A formação de sincícios é característica da replicação de alguns vírus envelopados como os herpesvírus e paramixovírus. A membrana celular também pode ficar alterada em sua permeabilidade, permitindo a entrada de íons, toxinas, antibióticos, etc. Essas células gigantes são algumas vezes chamadas de "células gigantes multinucleadas".

Outro aspecto do ECP é a ruptura do cito-esqueleto, levando ao arredondamento das células infectadas. Essas células podem então formar sincício ou morrer. A ocorrência de ECP em amostras clínicas indica a presença de vírus no material; e o ECP também é utilizado para a quantificação/enumeração viral em ensaios de placa (veja capítulo 2).

A infecção de células com alguns vírus (poxvírus e vírus da raiva) é caracterizada pela formação de corpúsculos de inclusão citoplasmáticos. Corpúsculos de inclusão são focos bem definidos que contém proteínas e/ou partículas virais. Eles geralmente possuem localização e aparência bem determinadas, de acordo com o vírus.

Transformação maligna

Nesse processo, a infecção viral resulta em células caracterizadas por morfologia alterada, perda do controle do crescimento, propriedades biológicas e/ou químicas alteradas. Transformação maligna e neoplasia resultante podem ocorrer quando o genoma viral (ou parte) é incorporado no genoma do hospedeiro ou quando produtos virais são oncogênicos. Os vírus que causam transformação maligna são chamados vírus tumorais. Vírus de várias famílias têm demonstrado possuir capacidade de transformar células. Os vírus tumorais não possuem propriedades em comum (tamanho, estrutura, composição) além da capacidade de promover malignidade celular.

A transformação maligna é freqüentemente caracterizada por alteração da morfologia celular. Isso inclui a perda da forma característica e assunção de uma forma arredondada, refrátil como descrita para ECP. Isso é o resultado de desagregação dos filamentos de actina e redução da adesão de superfície.

Alteração no crescimento celular, o marco da transformação maligna, é exibido em células que perdem a inibição de contato ou movimento, tem um reduzido requerimento por fatores de crescimento do soro e não respondem mais a sinais do ciclo celular.

Algumas propriedades apresentadas por células malignamente transformadas incluem a síntese contínua de DNA, alterações cromossomais, surgimento de novos antígenos de superfície (ou antígenos embrionários), e aglutinação aumentada por lectinas.

Alterações bioquímicas em células malignamente transformadas incluem níveis reduzidos de AMP cíclico. AMP cíclico é o sinal químico associado com o controle do ciclo celular e mantendo-se os níveis baixos a célula se divide. Também envolvidos estão a secreção aumentada do ativador do plasminogênio (coagulação), fermentação para produção de ácido lático (efeito Warburg), perda de fibronectina e alterações nos componentes carbohidratos das glicoproteínas e glicolipídios.

Oncogênese

Embora provas da causa-efeito tenham sido difíceis de obter, vários vírus DNA e RNA têm sido associados com transformação neoplásica. Os vírus implicados em oncogênese trazem consigo genes associados com crescimento celular e proliferação ou alteram a expressão da cópia celular do gene. Genes afetados incluem aqueles que estimulam e/ou inibem o crescimento celular.

Os genes virais que transformam as células infectadas são chamados de oncogenes (v-onc genes), que estimulam a multiplicação e proliferação celular descontrolada. A descoberta dos oncogenes virais levou a outra descoberta: que as células contêm genes análogos, chamados proto-oncogenes (c-onc genes), que estão normalmente em repouso mas que podem ser ativados em alguma fase do desenvolvimento celular. Proto-oncogenes celulares incluem genes que codificam fatores de crescimento, fatores de transcrição e receptores de fatores de crescimento.

Vírus DNA envolvidos com oncogênese incluem o vírus da doença de Marek (Herpesviridae) e os papilomavírus orais bovino, eqüino e canino (Papillomaviridae). Esses vírus possuem genomas circulares epissomais (independentes do cromossoma celular, ao invés de integrados). Os oncogenes (v-onc) codificam proteínas associadas com o ciclo replicativo do vírus.

Vírus RNA associados com oncogênese incluem membros da família Retroviridae (e.g. vírus da leucose aviária e vírus da leucemia felina). Esses vírus integram seus genomas (ou uma cópia do genoma) no cromossoma da célula hospedeira, chamados de provírus ou DNA proviral. Integração viral é mediada pelas extremidades do genoma, chamados de LTRs (repetições terminais longas). Os LTRs contêm promotores/enhancers, além das seqüências envolvidas na integração do provírus no genoma do hospedeiro. Os retrovírus podem causar oncogênese codificando seus próprios oncogenes ou por alteração na expressão de oncogenes celulares ou proto-oncogenes causada pela inserção do provírus no cromossoma celular próximo a esses genes.

Ausência de alterações morfológicas ou funcionais

Algumas vezes, a infecção e produção de progênie viral podem ocorrer sem alterações detectáveis na célula hospedeira. Isso é chamado de infecção endosimbiótica. Isto provavelmente depende das necessidades replicativa de cada vírus. Muito provavelmente o vírus necessite funções celulares que já estejam ativas para a replicação e portanto não necessita alterar funções da célula.

Patogenia das infecções víricas

Patogenia refere-se à origem e mecanismos de produção das doenças. Infecções víricas podem ser agudas, crônicas, latentes ou persistentes. A primeira etapa no processo da doença é a exposição.

Exposição e transmissão

A exposição pode ocorrer pelo contato direto com um animal infectado, por contato indireto com secreções/excreções de um animal infectado, ou através de vetores mecânicos ou biológicos. Transmissão do vírus da mãe para a progênie (transplacentária, perinatal, colostro) é chamada transmissão vertical. As outras formas de transmissão são chamadas de transmissão horizontal.

A reativação de um vírus latente, não replicando, pode ocorrer em um indivíduo sem necessidade de sofrer infecção do vírus de uma fonte de infecção externa.

Porta de entrada (via de penetração)

Os vírus podem penetrar no hospedeiro através do trato respiratório (gotículas em aerossóis), trato digestivo (contaminação oro-fecal), trato gênito-urinário (cópula, inseminação artificial), conjuntiva (gotículas em aerossóis) e através de lesões de pele (arranhões, agulhas, picadas de insetos). O estabelecimento ou não da infecção depende da capacidade do vírus encontrar e infectar células susceptíveis. A susceptibilidade de um hospedeiro a um determinado vírus depende essencialmente de receptores celulares, que permitem a ligação e posterior internalização do vírus.

Infecções localizadas e sistêmicas

Após a infecção, o vírus replica em tecidos próximos (ou no próprio) ao local de entrada (replicação primária). Alguns vírus permanecem confinados a esse local e produzem infecções localizadas. Um exemplo são os resfriados comuns de humanos e infecções semelhantes em animais causadas pelos rinovírus.

Outros vírus produzem infecções disseminadas (sistêmicas) pela disseminação a outros órgãos pela via sanguínea, linfática ou nervosa. A disseminação inicial de um vírus pelo sangue é denominada de viremia primária. A viremia pode ocorrer com vírus livre no plasma ou por vírus associado à células sanguíneas. Após replicação nesses órgãos, pode haver mais uma etapa de viremia e disseminação aos órgãos-alvo.

Um bom exemplo de vírus que causa infecção sistêmica é o vírus da doença de Teschen de suínos (teschovírus suíno 1). O vírus é transmitido pela via fecal-oral. Inicialmente replica nas células das tonsilas e migra para o intestino e linfonodos mesentéricos. Desses linfonodos, o vírus penetra em nervos e invade o sistema nervoso central (CNS). Uma vez no no CNS induz sinais neurológicos como ataxia, tremores, incoordenação, rigidez dos membros, convulsões, paralisia e coma. A predileção de um vírus por determinado tecido ou tipo de célula é denominada tropismo.

Mecanismos de infecções virais

A replicação viral nos órgãos-alvo ocasiona lesões celulares. O número de células infectadas/afetadas e a extensão das lesões pode resultar em disfunção tecidual/orgânica e em manifestações clínicas de doença. O intervalo entre a penetração inicial do agente e o início dos sinais clínicos é denominado de período de incubação. O período de incubação é curto em infecções nas quais o vírus replica na porta de entrada (exemplo: influenza) e mais longo nas infecções generalizadas (cinomose). Alguns vírus infectam animais sem provocar quaisquer sintomatologia clínica. Essas infecções são denominadas infecções subclínicas (assintomáticas ou inaparentes). Existem numerosos fatores que podem influenciar o resultado de uma infecção viral. Esses incluem imunidade pré-existente, fatores genéticos do animal, idade, fatores relacionados ao estresse (nutrição, alojamento, etc.). Os mecanismos de produção das doenças por vírus são muito complexos. A doença pode resultar dos efeitos diretos do vírus nas células do hospedeiro, como morte celular, ECP e transformação maligna. Alternativamente, a doença pode ser resultado da resposta fisiológica e imunológica do hospedeiro.

Um exemplo de efeitos fisiológicos indiretos é a infecção por rotavírus, que causa diarréias em crianças e animais jovens. A diarréia pode ser causada pela infecção de células eritrocíticas que são estimulados a produzir citoquinas, levando a estimulação de neurônios intestinais e secreção excessiva de líquidos e eletrólitos na luz do intestino grosso.

Um exemplo de resposta imunológica mediando a patogenia de uma infecção viral é a doença de Borna, em eqüinos. O vírus dissemina-se do CNS para nervos periféricos através de axônios. O hospedeiro responde à presença de neurônios infectados montando uma resposta imunológica mediada por células. Macrófagos, neutrófilos e linfócitos T citotóxicos específicos são ativados para destruir os neurônios infectados com o vírus de Borna. Isso resulta em inflamação crônica do CNS que leva a manifestação de sinais neurológicos associados.

Dois termos importantes utilizados na discussão de infecções por vírus e bactérias são patogenicidade e virulência. Patogenicidade refere-se à capacidade do vírus ou outro micrororganismo/parasita de causar doença. Virulência refere-se ao grau de patogenicidade. Vírus avirulento é aquele incapaz de causar doença. Um vírus atenuado é aquele cuja capacidade de causar doença foi reduzida geralmente por múltiplas passagens em cultivo celular, ovos embrionados ou animais.

Excreção viral

A excreção é o mecanismo utilizado para liberar a progênie viral do hospedeiro infectado com a finalidade de infectar novos hospedeiros e assim manter o vírus na população de hospedeiros. Os vírus são excretados principalmente pelas aberturas e cavidades corporais. Em infecções localizadas, o vírus é excretado no mesmo local utilizado para invadir o animal (a porta de entrada). Em infecções generalizadas, o vírus pode ser excretado por várias vias. Nem todos os vírus são excretados pelos seus hospedeiros. Esses incluem alguns vírus que replicam no CNS, como em encefalites, e em hospedeiros terminais.

Escape (evasão) do sistema imune

Na tentativa de controlar ou eliminar a infecção, o hospedeiro inicia uma resposta inflamatória. Os principais componentes dessa resposta são os interferons, linfócitos T citotóxicos, linfócitos B produtores de anticorpos, várias moléculas efetoras e o complemento. Esses componentes atuam em conjunto e sinergisticamente para tentar eliminar o vírus do organismo. Nesse esforço de eliminar o vírus, a resposta inflamatória pode causar muitas das lesões e sinais clínicos observados nas infecções víricas. A resposta imunológica do hospedeiro a vírus é discutida no capítulo 5. Interferons (α e β) são produzidos por células infectadas pelo vírus. Eles atuam para impedir a continuação da replicação viral na célula infectada e nas células vizinhas. Os interferons também aumentam a expressão de antígenos virais nas células infectadas, facilitando o reconhecimento por linfócitos T citotóxicos. Alguns vírus (adenovírus) produzem RNAs que bloqueiam a fosforilação de um fator de iniciação, reduzindo a capacidade do interferon em bloquear a replicação viral.

Linfócitos T citotóxicos destroem células infectadas por vírus através da liberação de perforinas, que produzem poros na célula infectada. As granzimas são então liberadas dentro da célula infectada, induzindo a degradação de componentes celulares. Finalmente, os linfócitos T citotóxicos induzem apoptose das células hospedeiras infectadas.

Alguns vírus reduzem a expressão de antígenos do MHC classe I (MHC-I) na superfície das células hospedeiras (citomegalovírus, herpesvírus bovino tipo 1, adenovírus). Como os linfócitos T citotóxicos não são capazes de detectar antígenos virais que não estejam associados ao MHC-I, as células infectadas não são detectadas e não são destruídas, permitindo ao vírus persistir no hospedeiro. No entanto, células com expressão reduzida ou nula do MHC-I podem ser reconhecidas pelas células natural killer (NK), que as destroem de maneira similar aos linfócitos T citotóxicos.

Linfócitos B secretam de anticorpos específicos que neutralizam os vírions quando são estes liberados das células. Os complexos antígeno-anticorpo, por sua vez, pode ativar o sistema complemento.

O complemento auxilia na resposta, estimulando a inflamação e a neutralização/inativação viral e destruição de células infectadas.

As várias moléculas efetoras (citocinas) que são produzidas por células do sistema imunológico desempenham múltiplas funções, incluindo a indução de febre e atração de células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos) ao local de injúria tecidual. Alguns vírus expressam proteínas homólogas aos receptores de citocinas (o vírus vaccínia expressa e liberam receptores para a interleucina 1 (Il-1), que estimula a febre). Quando as células do sistema imunológico produzem IL-1, grande parte dessa liga-se ao vírus.Isso reduz a quantidade da Il-1 disponível para mediar seus efeitos biológicos. Isso contribui para aumentar o tempo de sobrevivência do vírus no hospedeiro. Outro mecanismo para escapar do sistema imune é possuir vários tipos antigenicamente diferentes (sorotipos). Uma resposta imunológica contra um sorotipo não protege necessariamente contra outros sorotipos do mesmo vírus. Por exemplo, existem mais de 100 sorotipos diferentes do rinovírus e 24 sorotipos do vírus da língua azul.

Infecções virais persistentes

Alguns vírus possuem a habilidade de resistir a resposta imunológica do hospedeiro e produzir infecções persistentes. Isso pode ser obtido por vários mecanismos, incluindo a destruição de linfócitos T causando imunossupressão, o escape de vigilância imunológica através da alteração dos antígenos de superfície e a inibição da produção de interferon.

Existem três tipos clínicos principais de infecções persistentes:

Infecções crônicas

Os hospedeiros produzem e excretam grandes quantidades do vírus continuamente, por um longo período. Como conseqüência, o vírus pode ser continuamente transmitido a outros indivíduos. Alguns portadores crônicos são assintomáticos ou manifestam sinais leves da doença. Exemplos são a infecção pelo vírus da arterite viral eqüina, panleucopenia felina e poliomavírus aviário.

Infecções latentes

Nesse tipo de infecção, o vírus é mantido no hospedeiro em uma forma não-produtiva .Os herpesvírus são os exemplos mais clássicos. O genoma viral é mantido em neurônios sob uma forma circular fechada é periodicamente reativado (geralmente sob condições de estresse) resultando em replicação produtiva e excreção viral.

Infecções latentes também ocorrem com retrovírus nos quais o genoma é integrado no genoma da célula hospedeira. Transformação celular e malignidade podem resultar se a integração do transcrito viral causa alterações do controle do ciclo celular.

Infecções por vírus lentos

Esse termo refere-se às infecções cujos períodos entre a infecção e o inicio da doença são muito longos. Nesses casos, a replicação viral não é lenta, mas o período de incubação e a progressão da doença sim. Um exemplo é a panencefalite esclerosante subaguda, que desenvolve-se vários anos após a infecção com o vírus do sarampo (paramixovírus). A encefalite do cão velho, devida à recrudescência do vírus da cinomose, parece ser uma condição semelhante.

Glossário

Antígeno:
Substância, geralmente exógena ao organismo – mas ocasionalmente em seu interior -, que o sistema imune reconhece como estranha ou não-própria. Quando é reconhecida induz uma resposta de anticorpos específicos contra ela.

Apoptose:
Uma forma de morte celular programada, caracterizada por fragmentação do DNA nuclear.

Citocinas:
Um grupo diverso de proteínas pequenas (<30 kilodaltons) solúveis, produzidas pelos leucócitos e que mediam várias funções na resposta imunológica.

Linfócitos T citotóxicos:
Células que reconhecem fragmentos de proteínas virais associados com moléculas do MHC-I. São apenas efetivos para matar células que contém antígenos estranhos.

Endosimbiótica:
Forma de simbiose na qual um organismo vive no interior de outro.

Granzimas:
Um grupo de proteases de serina, que penetram na célula-alvo através dos poros na membrana produzidos pelas perforinas, onde interagem com mecanismos celulares e mediam degradação de DNA e apoptose.

Interferons:
Compreendem três tipos de protéinas (alfa, beta e gama). Todas as três formas possuem ação inespecífica contra vírus, mas os IFNs alfa e beta são mais potentes.

Interleucinas:
Um grupo de citocinas produzidas por células efetoras do sistema imunológico e que atuam em outras células efetoras da resposta imunológica.

Lectinas:
Glicoproteínas de plantas que ligam-se especificamente em certos açúcares, alguns dos quais presentes na superfície das células.

Macrófagos:
São os principais fagócitos dos tecidos, órgãos e membranas serosas como a pleura e peritônio.

Antígenos do MHC classe I (MHC-I) (complexo maior de histocompatibilidade):

Conjunto de genes que codificam proteínas marcadoras-próprias ou antígenos de incompatibilidade. Esses antígenos estão presentes na superfície de todas as células do organismo e servem para identificá-las como próprias e não estranhas ao organismo. Alguns tipos de antígenos do MHC estão presentes na superfície de células do sistema imune. A região dos genes do MHC em humanos é chamada de HLA (human leucocyte antigen) é está localizada no cromossomo 6.

Células naturalmente assassinas (natural killer, NK):
Linfócitos com atividade citotóxica, que compreendem aproximadamente 5 a 15% dos linfócitos circulantes, e não possuem os marcadores de linfócitos B e T. Possuem a capacidade de destruir certas células tumorais e células infectadas por vírus, que não apresentam moléculas de MHC na superfície celular e o mecanismo de destruição é semelhante ao utilizado pelos linfócitos T citotóxicos.

Neutrófilos:
São células fagocíticas de vida curta que contêm grânulos com compostos bactericidas no seu interior; são os mais numerosos dos leucócitos circulantes (aproximadamente 60 a 70% em humanos). Microscopicamente, possuem um núcleo com forma irregular, bi- ou tri-lobulado, são também chamados leucócitos polimorfonucleares (PMNs).

Perforinas:
São proteínas formadoras de poros que requerem a presença de cálcio para polimerizar e formar canais que atravessam a membrana plasmática das células alvo.