Abbiamo imparato a riconoscere le molecole che permettono ai virus di entrare nel nostro organismo. Ora dobbiamo capire come quelle stesse molecole contribuiscano a decidere il destino dell’infezione. Perché la prossima rivoluzione della virologia potrebbe cominciare proprio dalle cellule che cerchiamo di proteggere.
Negli anni Novanta, quando alcuni ricercatori identificarono nel globoside una molecola fondamentale per l’infezione da parvovirus B19, sembrò che una parte importante del problema fosse stata risolta. Il virus aveva trovato il suo interlocutore cellulare. La biologia aveva trovato una spiegazione. Bastava comprendere il meccanismo di riconoscimento per avvicinarsi alla ragione per cui quel patogeno colpisse determinati tessuti. La scoperta era autentica. La spiegazione, però, sarebbe diventata molto più complessa.
Le ricerche successive hanno mostrato che il globoside, pur essendo necessario alla riuscita dell’infezione, svolge funzioni diverse da quelle inizialmente immaginate. Il suo coinvolgimento riguarda anche il percorso intracellulare del virus. Altri fattori intervengono nel riconoscimento e nell’internalizzazione, mentre la capacità di completare il ciclo replicativo dipende dalle caratteristiche della cellula ospite.
Una storia apparentemente specialistica, confinata alla virologia molecolare, contiene una lezione che riguarda l’intera medicina contemporanea. Trovare la molecola alla quale si lega un virus non significa aver compreso come quel virus provochi una malattia. E, soprattutto, non significa aver individuato automaticamente il modo migliore per fermarlo.
Per decenni, identificare i recettori utilizzati dai patogeni è stato uno degli obiettivi fondamentali della ricerca virologica. Con ottime ragioni. Se un virus deve riconoscere determinate strutture cellulari per avviare un’infezione, conoscere quelle strutture permette di spiegare una parte della sua selettività biologica e di individuare possibili bersagli terapeutici.
Questa impostazione ha prodotto risultati straordinari. Il problema emerge quando una spiegazione corretta viene scambiata per una spiegazione completa. Consideriamo l’HIV. Il riconoscimento di CD4, insieme al coinvolgimento dei corecettori CCR5 o CXCR4, ha permesso di comprendere passaggi essenziali dell’ingresso virale. Ha contribuito anche allo sviluppo di strategie terapeutiche innovative, come l’antagonismo farmacologico di CCR5.
È una dimostrazione concreta del fatto che intervenire su una struttura dell’organismo, anziché direttamente sul virus, può produrre un beneficio clinico. Ma offre anche un’indicazione meno rassicurante per chi ama le soluzioni semplici: il riconoscimento molecolare rappresenta una parte di una sequenza biologica molto più articolata. Contano i corecettori, l’organizzazione della membrana, la capacità di fusione e le condizioni intracellulari necessarie alla replicazione.
Un virus può riconoscere una cellula senza riuscire a infettarla produttivamente. Può entrare senza replicarsi. Può interagire con strutture cellulari e modificare processi biologici senza che quella cellula diventi necessariamente una fabbrica di nuove particelle virali. Sono distinzioni decisive. Eppure, nella rappresentazione pubblica delle infezioni, vengono spesso cancellate.
Abbiamo costruito una narrazione in cui il virus è un invasore, il recettore è una serratura e la cellula è un edificio da conquistare. Un’immagine efficace, certamente. Anche troppo efficace, perché lascia fuori una parte essenziale della storia: l’edificio reagisce, modifica le proprie difese, attiva segnali, cambia organizzazione. Talvolta ostacola il patogeno. Talvolta, involontariamente, gli offre nuove possibilità. La cellula non assiste passivamente alla propria infezione. Ed è proprio qui che comincia una prospettiva diversa.
In una recente pubblicazione su FEMS Microbiology Reviews abbiamo esaminato il ruolo dei recettori virali proponendo di considerarli come veri e propri nodi di controllo dell’interazione tra ospite e patogeno. L’espressione scientifica è host-pathogen control nodes. Dietro questa definizione c’è un cambiamento di prospettiva con conseguenze potenzialmente importanti per la farmacologia.
Il recettore partecipa a una rete di processi cellulari. La sua interazione con il virus può influenzare l’internalizzazione, l’attivazione di segnali intracellulari, l’organizzazione del citoscheletro e le risposte immunitarie. Il percorso seguito dal patogeno dopo il riconoscimento può modificarne le possibilità di replicazione e l’esposizione ai sistemi di difesa della cellula. Soprattutto, queste interazioni avvengono in tessuti che possiedono caratteristiche anatomiche, metaboliche e immunologiche differenti.
Due cellule possono esprimere la stessa molecola e offrire al virus opportunità biologiche profondamente diverse. La quantità di recettore presente, da sola, potrebbe spiegare molto meno di quanto una lettura superficiale dei dati suggerisca. Prendiamo ACE2, diventato familiare anche al grande pubblico durante la pandemia da SARS-CoV-2.
Per comprendere l’ingresso del coronavirus, identificare ACE2 è stato fondamentale. Ma la presenza di ACE2 non garantisce, da sola, che una cellula venga infettata produttivamente. Intervengono proteasi come TMPRSS2, fattori di attacco, caratteristiche della membrana e processi intracellulari che condizionano l’ingresso e le fasi successive dell’infezione.
La stessa localizzazione del recettore assume importanza. Una proteina presente sulla superficie cellulare può avere un significato completamente diverso da una proteina confinata in compartimenti non accessibili al virus. Persino misurarne l’espressione richiede attenzione.
Durante gli studi sull’interferone e su ACE2, per esempio, è emersa la necessità di distinguere il recettore completo da una sua isoforma tronca, denominata dACE2. Un aumento dei trascritti associati ad ACE2 può dunque essere interpretato erroneamente se non si considera quale isoforma venga effettivamente prodotta e dove sia localizzata. È uno di quei dettagli che possono sembrare irrilevanti fuori dal laboratorio. Non lo sono affatto. Perché trovare l’RNA di un recettore non equivale a dimostrare che sulla membrana sia presente una proteina funzionante e accessibile al virus.
Una distinzione metodologica che può cambiare l’interpretazione di interi esperimenti. E che introduce un’altra questione: siamo davvero certi di cercare la vulnerabilità biologica nel posto giusto? Nel nostro lavoro utilizziamo il concetto di receptor landscapes, paesaggi recettoriali. Si tratta dell’organizzazione spaziale e dinamica dei recettori e dei fattori associati, all’interno dei tessuti e delle barriere biologiche.
Il termine non indica semplicemente dove si trovino determinate molecole. Descrive il loro posizionamento, la disponibilità funzionale, le interazioni con altre strutture e le modificazioni indotte dalle condizioni fisiologiche e patologiche. Invecchiamento, infiammazione, differenziazione cellulare e comorbidità possono contribuire a modificare questi paesaggi.
Un tessuto infiammato non presenta necessariamente le stesse condizioni biologiche di un tessuto sano. Una barriera epiteliale danneggiata può esporre strutture normalmente meno accessibili. Alterazioni del glicocalice endoteliale possono influenzare permeabilità vascolare, adesione cellulare e amplificazione delle risposte infiammatorie. La conseguenza è rilevante: la suscettibilità a un’infezione può dipendere anche dallo stato in cui il patogeno trova l’organismo. Questo non significa che ogni malattia cronica aumenti automaticamente la possibilità di contrarre qualsiasi infezione. Sarebbe una conclusione ingiustificata.
Significa riconoscere che l’organismo possiede caratteristiche dinamiche e che tali caratteristiche possono modificare le condizioni in cui si realizza l’interazione tra virus e cellula. Il recettore, in altre parole, possiede una biologia propria, che continua a esistere indipendentemente dalla presenza del patogeno. Ed è proprio questa biologia a rendere particolarmente interessante la prospettiva farmacologica.
La medicina antivirale ha ottenuto risultati importanti sviluppando molecole capaci di interferire con componenti e processi propri dei virus. Gli antivirali diretti rimangono strumenti essenziali. Accanto a queste strategie, però, esiste un campo di ricerca che merita crescente attenzione: intervenire sui fattori dell’ospite necessari all’infezione. L’idea è semplice da formulare e difficile da realizzare. Se un virus dipende da determinate strutture cellulari, modificare selettivamente la disponibilità o il funzionamento di quelle strutture potrebbe ridurne la capacità infettiva. L’antagonista di CCR5 maraviroc dimostra che questa possibilità non appartiene esclusivamente alla farmacologia sperimentale. Il suo impiego in pazienti selezionati con infezione da HIV costituisce un precedente clinico concreto. Altre strategie, come i recettori-esca progettati per intercettare particelle virali, sono oggetto di ricerca.
Nel caso di SARS-CoV-2, forme solubili e ingegnerizzate di ACE2 sono state studiate per la loro capacità di legare il virus e interferire con il riconoscimento del recettore cellulare. I risultati sperimentali hanno alimentato un interesse considerevole, pur senza autorizzare conclusioni generalizzate sull’efficacia clinica di queste piattaforme. La distinzione è importante. Una strategia può possedere una solida plausibilità molecolare e incontrare comunque ostacoli decisivi quando viene trasferita nell’organismo umano. I recettori virali, infatti, svolgono spesso funzioni fisiologiche che sarebbe imprudente compromettere.
CCR5 partecipa alla regolazione del traffico immunitario. ACE2 interviene nell’equilibrio del sistema renina-angiotensina. Altre strutture utilizzate dai patogeni partecipano all’adesione cellulare, al metabolismo o ai processi di segnalazione. Bloccarle indiscriminatamente può avere conseguenze che vanno ben oltre l’infezione che intendiamo contrastare. La sfida farmacologica consiste quindi nell’individuare interventi sufficientemente selettivi da ostacolare il patogeno senza compromettere in misura inaccettabile le funzioni dell’ospite. Una difficoltà reale, che impedisce di trasformare un’ipotesi promettente in una promessa terapeutica prematura.
C’è poi un aspetto che rende questa prospettiva particolarmente interessante per il futuro della medicina personalizzata. Se l’accessibilità dei recettori e la risposta cellulare variano in funzione delle condizioni dell’organismo, potrebbe diventare utile studiare profili biologici capaci di identificare pazienti con differenti vulnerabilità o differenti probabilità di risposta a terapie dirette contro fattori dell’ospite. È un campo ancora largamente da sviluppare.
Le tecnologie di analisi a singola cellula, la trascrittomica spaziale e i modelli sperimentali che riproducono l’organizzazione dei tessuti potrebbero contribuire a distinguere la semplice presenza molecolare dalla reale competenza funzionale di un recettore. Ma servono validazioni rigorose. I modelli cellulari convenzionali possono alterare l’espressione recettoriale. La sovraespressione artificiale di una proteina può rendere possibile un’interazione che non si verifica nelle stesse condizioni fisiologiche. Un esperimento condotto in una linea cellulare particolarmente permissiva non dimostra automaticamente che il medesimo processo avvenga in un tessuto umano intatto. E una correlazione tra un biomarcatore e la gravità della malattia non dimostra che quel biomarcatore sia la causa della gravità osservata. Sono avvertenze che dovrebbero accompagnare ogni tentativo di portare la biologia molecolare nella pratica clinica. La prospettiva recettoriale assume inoltre un significato che supera la terapia del singolo paziente. La possibilità che un virus passi da una specie animale all’essere umano dipende, fra numerosi altri fattori, dalla compatibilità con le strutture cellulari del nuovo ospite. Comprendere le caratteristiche molecolari dei recettori può quindi contribuire alla valutazione del potenziale di trasmissione interspecifica.
Ma compatibilità non significa inevitabilità. Un virus deve incontrare l’ospite, superare le barriere anatomiche, trovare condizioni intracellulari favorevoli e possedere caratteristiche che consentano la replicazione e, eventualmente, la trasmissione. La biologia dei recettori offre una componente misurabile del rischio. Non una sfera di cristallo. Pretendere di prevedere una pandemia dalla sola capacità di una proteina virale di legare un recettore umano sarebbe una semplificazione tanto seducente quanto scientificamente fragile.
Eppure, la possibilità di integrare dati strutturali, informazioni sui tessuti e caratteristiche ecologiche potrebbe contribuire a rendere più razionale la selezione dei patogeni da sottoporre a sorveglianza approfondita. Anche qui il valore della ricerca risiede nella capacità di migliorare le domande, prima ancora di fornire risposte definitive. La vera opportunità, dunque, consiste nel collegare livelli della biologia che per ragioni metodologiche abbiamo spesso studiato separatamente. Il riconoscimento molecolare. La risposta cellulare. L’integrità delle barriere. L’attivazione immunitaria. La diffusione dell’infezione. Il coinvolgimento di organi differenti. Passaggi che concorrono alla costruzione del quadro clinico e che possono essere influenzati da interazioni recettoriali diverse, senza che queste costituiscano necessariamente l’unica causa della malattia. È su questa integrazione che potrebbe svilupparsi una parte importante della virologia dei prossimi anni. Serviranno modelli sperimentali migliori, strumenti capaci di descrivere la distribuzione funzionale dei recettori e studi che dimostrino se modificare specifiche interazioni produca benefici clinicamente significativi. Soprattutto, servirà abbandonare l’idea che identificare un bersaglio molecolare equivalga ad aver trovato una terapia. Tra le due cose esiste un percorso complesso, fatto di verifica sperimentale, farmacologia, tossicologia e studi clinici. Ma è proprio attraverso questo percorso che una conoscenza biologica può trasformarsi in medicina.
Dopo la pandemia, abbiamo imparato a familiarizzare con termini come proteina Spike, ACE2 e varianti virali. È stata una straordinaria occasione di alfabetizzazione scientifica, accompagnata inevitabilmente da numerose semplificazioni. Ora sarebbe utile compiere un passo ulteriore. Smettere di immaginare l’infezione come il semplice incontro tra una chiave e una serratura. Comprendere perché la medesima interazione molecolare possa produrre conseguenze differenti. Perché alcuni tessuti favoriscano la replicazione e altri la impediscano. Perché determinate condizioni dell’ospite modifichino la traiettoria della malattia. E quali componenti di questi processi possano essere effettivamente controllate attraverso interventi farmacologici.
La risposta non verrà da un’unica molecola miracolosa. Verrà, probabilmente, dalla capacità di comprendere meglio le relazioni tra molecole, cellule e tessuti. Abbiamo identificato molte delle porte attraverso cui i virus possono entrare. La prossima sfida sarà capire quali processi cellulari rendano possibile l’invasione, quali la ostacolino e dove la farmacologia possa intervenire senza compromettere ciò che intende proteggere. Perché conoscere l’ingresso di un virus è una conquista scientifica. Capire come quell’ingresso possa trasformarsi in malattia, e come impedirlo, è una conquista ancora da completare.
