Le Emergenze
Rotavirus, una sfida globale
Franco Giovanetti
ASL Alba Bra Regione Piemonte, Dipartimento di Prevenzione
[email protected]
Introduzione
che rivestono un ruolo primario ai fini della classificazione e della risposta immunitaria, tralasciando le
altre proteine strutturali, meno importanti per la presente trattazione.
La porzione interna del virus (core) contiene il genoma costituito da 11 segmenti di RNA; il capside contiene le proteine strutturali denominate VPs, ossia viral proteins (proteine virali). La parte interna del capside contiene VP6, ossia l’antigene che identifica il
sierogruppo e che costituisce il target dei test di laboratorio per l’identificazione del rotavirus. La parte
esterna del capside presenta gli antigeni VP4 e VP7,
descritti solo nel sierogruppo A, il più comune nell’uomo. Questi due antigeni rivestono un’importanza
fondamentale, poiché inducono la formazione di anticorpi neutralizzanti 1.
La Tabella I costituisce un tentativo di rappresentare la complessa struttura dei rotavirus. Analogamente ad altri microrganismi molto importanti in patologia umana, i rotavirus sono classificati in sierogruppi
e sierotipi 2. Sono noti 7 distinti sierogruppi (dal sie-
Dopo la sfortunata vicenda del vaccino Rotashield,
introdotto negli Stati Uniti nel 1998 e ritirato l’anno
successivo a causa di un’incidenza di invaginazioni
intestinali superiore all’atteso, due nuovi vaccini vivi attenuati contro il rotavirus somministrabili per via
orale sono stati registrati in vari Paesi, Rotarix (GSK) e
Rotateq (Sanofi Pasteur).
Sebbene molte informazioni sull’argomento siano
disponibili in rete e nelle riviste specializzate, alcuni
aspetti mi pare non siano stati sino ad ora, per lo meno nel nostro Paese, sufficientemente approfonditi:
il polimorfismo genetico e strutturale del rotavirus,
le problematiche legate alla sorveglianza delle infezioni da rotavirus, e infine le sfide che dovranno affrontare i nuovi vaccini, sia nei Paesi sviluppati che
in quelli in via di sviluppo. Questi tre temi sono strettamente interconnessi e permettono di esaminare il
problema sia dal punto di vista immunologico che in
un’ottica di Sanità Pubblica.
Un virus multiforme
I rotavirus umani fanno parte di una vasta famiglia
di agenti virali (Reoviridae) patogeni per varie specie
animali. A livello mondiale, l’infezione da rotavirus è
la causa più importante di diarrea nel bambino. La
maggior parte dei decessi conseguenti all’infezione
è concentrata nei Paesi in via di sviluppo, quindi da
tempo si era in attesa di un vaccino in grado di controllare tale patologia.
Non è possibile comprendere appieno le problematiche legate alla vaccinazione antirotavirus se non si
conosce la struttura del virus e la sua classificazione.
La Figura 1 illustra la struttura del rotavirus. Di seguito saranno trattate le caratteristiche delle proteine
Fig. 1. Struttura del rotavirus (fonte: CDC, Atlanta, USA).
Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica
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Le Emergenze
Tab. I. Classificazione dei rotavirus.
Antigene
Che cosa esprime? Denominazione Caratteristiche principali Peculiarità
VP6
Sierogruppo
A→G
Solo tre sierogruppi
causano infezione
nell’uomo (A, B, C).
Quasi sempre è in
causa il sierogruppo A,
occasionalmente B e C
VP6 è l’antigene
target dei comuni
test diagnostici di
laboratorio
VP4
Sierotipo P
P1 → P11
11 sierotipi P sono stati
identificati nell’uomo
VP7
Sierotipo G
G1 → G14
10 sierotipi G sono stati
identificati nell’uomo, 4
di essi (da G1 a G4)
prevalgono a livello
mondiale
I sierotipi VP7 e
VP4 sono descritti
solo per il
sierogruppo A;
inducono anticorpi
neutralizzanti
rogruppo A al sierogruppo G), 3 dei quali (A, B, C) sono patogeni nell’uomo. Di essi, prevale nettamente il
sierogruppo A quale responsabile di gastroenterite,
mentre B e C sono di riscontro occasionale. I sierotipi, come già detto, sono descritti solo nell’ambito del
sierogruppo A, e vengono identificati sulla base delle caratteristiche degli antigeni VP4 e VP7. L’antigene
VP4 determina il sierotipo P (dove P sta per Proteasi-sensibile), mentre VP7 determina il sierotipo G (così chiamato poiché VP7 è una Glicoproteina). Siamo
quindi in presenza di un sistema binario di classificazione, che ricorda quello utilizzato per i virus A dell’influenza. Poiché VP4 e VP7 sono codificati da due
distinti segmenti di RNA (il numero 4 e il numero 7,
che codificano per VP4 e VP7 rispettivamente) i rotavirus possono produrre nuove e molteplici combinazioni di antigeni P e G, tramite un processo chiamato riassortimento. L’infezione di una stessa cellula da
parte di due diversi sierotipi può produrre una nuova
combinazione P-G attraverso il riassortimento genetico. Poiché entrambe le proteine sono cruciali nell’evocare una risposta immunitaria, è necessario studiare la loro prevalenza nelle diverse popolazioni e
l’emergere di variazioni antigeniche.
Ricordiamo che esiste anche una tipizzazione genetica, ossia l’identificazione del genotipo relativo a VP4
(genotipo P) e VP7 (genotipo G) di un determinato rotavirus. La numerazione dei sierotipi e dei genotipi G è
identica, quindi si usa un unico numero, per esempio
G1. Al contrario, essendo l’identificazione di VP4 tecnicamente complessa, relativamente a questo antigene
i ceppi sono identificati attraverso l’analisi del genotipo oppure tramite la sierotipizzazione. Il risultato è
una doppia nomenclatura; il genotipo è riportato con
una P seguita da un numero tra parentesi quadra (ad
es. P[4]), mentre il sierotipo è indicato con una P segui-
ta dal numero del sierotipo e dal corrispondente genotipo incluso in una parentesi quadra:
G1P1A[8]
Genotipo = Sierotipo
Genotipo
Sierotipo
Lo stesso sierotipo si può anche indicare come G1P[8]
oppure P[8]G1.
Ciò spiega la complessa nomenclatura dei rotavirus
che, da quando sono disponibili i vaccini, dobbiamo
iniziare a conoscere.
A che scopo dilungarsi così tanto sui sierogruppi ed i
sierotipi? Non si tratta di un interesse puramente accademico: al contrario, siamo di fronte al punto cruciale che condiziona per intero il tema della prevenzione vaccinale delle infezioni da rotavirus. Infatti,
siamo in presenza di un virus multiforme, i cui sierotipi presentano delle differenze importanti da una regione del mondo all’altra e, nella stessa regione, da
un periodo di tempo all’altro; inoltre, come sempre
accade quando un patogeno con tali caratteristiche viene sottoposto alla pressione selettiva rappresentata dalla vaccinazione, è teoricamente possibile
l’emergere di sierotipi nuovi verso i quali l’efficacia
vaccinale potrebbe essere ridotta.
Diffusione dei sierotipi
Da tempo è noto che la maggior parte delle diarree
da rotavirus nel mondo è sostenuta da 4 sierotipi G,
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Le Emergenze
ossia espressi da VP7: sono quelli numerati da G1 a
G4. Con l’affinarsi delle metodiche di laboratorio, includenti la genotipizzazione, è stato possibile studiare più a fondo sia i sierotipi G, scoprendo i genotipi
rari come G8 e G9, sia i sierotipi P che, come abbiamo
visto, sono espressi da VP4.
Studi recenti hanno evidenziato che le quattro combinazioni più comuni G1P[8], G2P[4], G4P[8], G3P[8]
rappresentano circa il 76% di tutti i ceppi identificati,
mentre i ceppi emersi più recentemente, ossia G9P[8]
e G9P[6] sono nettamente minoritari, costituendo
circa il 2% 3.
Diversi studi hanno descritto il ruolo di sierotipi differenti da G1-G4 quali causa di gastroenterite
nel bambino, ad esempio G5P[8], G8P[6] e G8P[4],
identificati rispettivamente in Brasile, Malawi e India 3. Un altro sierotipo, il G9, che possiede un’elevata potenzialità di produrre differenti combinazioni
dei sierotipi P e G, ha assunto di recente un rilievo
mondiale, con una prevalenza del 5,8% nel 2001 4.
Se escludiamo G1-G4 e G9, i sierotipi rari (inclusi G5,
G6, G8 e G10 in varie combinazioni con P[4], P[6],
P[8], P[9] e P[14]) ammontano a circa l’1,2% del totale. Se effettuiamo una comparazione degli studi effettuati in continenti diversi, vediamo che P[6]
presenta una maggiore incidenza in America Latina, Africa e Asia rispetto all’Europa e al Nordamerica. In generale, si osserva che la circolazione di
alcuni ceppi che nei Paesi sviluppati sono insoliti
e rari, è relativamente maggiore nelle popolazioni
dei Paesi in via di sviluppo 3. Un recentissimo studio condotto in Bangladesh 5 riporta l’isolamento,
in casi umani, di ceppi G11 (comunemente patogeni per il maiale) contenenti l’antigene P[8] o P[6]
dei rotavirus umani; ciò induce gli Autori ad ipotizzare che sia avvenuto un riassortimento tra virus
animali e virus umani. Un altro sierotipo insolito riscontrato in Bangladesh è G12, che nella stagione
2005-2006 ha costituito una significativa proporzione degli isolati, pari al 13,6%.
Basi razionali dell’immunizzazione
Alcune considerazioni sono alla base della vaccinazione universale contro il rotavirus, sia nei Paesi in via
di sviluppo che in quelli industrializzati. Per quanto
riguarda i primi, l’obiettivo principale è quello di ridurre la mortalità: secondo l’OMS le infezioni da rotavirus causano circa 500.000 morti ogni anno tra i
bambini di età inferiore ai 5 anni nei Paesi più poveri
e circa un terzo delle ospedalizzazioni per diarrea in
tutto il mondo 6. Se invece osserviamo le caratteristiche della malattia nei Paesi sviluppati, come gli Stati
Uniti, vediamo che, se da un lato la mortalità è di gran
lunga inferiore, l’incidenza è simile a quella dei Paesi
in via di sviluppo 1. Ciò significa che la disponibilità di
acqua potabile e l’elevato livello igienico, così efficaci
nel controllo delle malattie a trasmissione oro-fecale,
hanno un limitato impatto sulla diffusione del rotavirus 7. Inoltre, negli Stati Uniti il tasso di ospedalizzazione rimane elevato nonostante la disponibilità di
soluzioni per la reidratazione orale e l’ampia diffusione delle Linee Guida per la loro corretta utilizzazione
nel trattamento della gastroenterite. Considerazioni
simili possono essere valide anche per l’Europa occidentale.
Sappiamo che la prima infezione da rotavirus induce immunità nei confronti delle reinfezioni successive; uno studio ha valutato la protezione conferita da
ciascuna infezione da rotavirus in un gruppo di 200
bambini messicani dalla nascita sino ai 2 anni di vita 8.
I bambini che avevano avuto 1, 2, o 3 precedenti in-
Firenze, Il Perseo di Benvenuto Cellini - Paolo Parigi
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Le Emergenze
fezioni da rotavirus mostravano un rischio progressivamente inferiore di incorrere in successive infezioni.
In ogni caso, le successive infezioni erano significativamente meno gravi rispetto a quelle iniziali, e più
facilmente erano causate da rotavirus di un sierotipo
G differente.
Queste considerazioni ci conducono direttamente
allo scopo della vaccinazione: non si tratta di prevenire le gastroenteriti da rotavirus attraverso le stesse
modalità note per altre patologie prevenibili con un
vaccino, per esempio il morbillo. Il vaccinato contro il
morbillo sviluppa in modo definitivo l’immunità che
lo proteggerà dall’infezione in caso di contatto con
il virus selvaggio. Nel caso del rotavirus, al contrario,
siamo di fronte a bambini destinati naturalmente ad
essere infettati più volte. Dobbiamo allora fare in modo che la prima infezione sia quella causata dal vaccino anziché dal virus selvaggio, affinché l’infezione severa che di solito vediamo al primo contatto del bambino con un rotavirus venga sostituita da un’infezione
lieve e di solito asintomatica qual è quella vaccinale.
La prima infezione è la più grave, e noi vogliamo prevenire proprio quella. Le infezioni successive, dovute
all’esposizione al virus selvaggio, avranno come risultato una malattia lieve o anche una forma asintomatica. Siamo quindi di fronte ad una vaccinazione il cui
risultato atteso è il controllo della malattia e in particolare la prevenzione delle forme clinicamente severe, piuttosto che la prevenzione dell’infezione in sé:
questo è un aspetto della vaccinazione che gli operatori devono essere in grado di spiegare al pubblico,
per evitare che si creino degli equivoci sugli obiettivi
che si intende perseguire.
diarrea severa da rotavirus e di sicurezza, in particolare per quanto riguarda l’invaginazione intestinale,
che non risulta associata a nessuno dei due prodotti. I due fondamentali trial clinici hanno coinvolto un
numero molto grande di bambini, più di 60.000 per
Rotarix 9, arruolati in Finlandia e in vari Paesi latinoamericani, e circa 70.000 prevalentemente negli Stati Uniti e in Finlandia per Rotateq 10. Limitatamente a
Rotarix, è stato condotto un ulteriore studio esclusivamente su bambini di vari Paesi europei 11.
Rotarix è un vaccino vivo monovalente, derivato dal
più frequente ceppo di rotavirus umano, il G1P[8], attenuato attraverso una serie di passaggi in coltura; richiede due dosi per via orale a distanza di 1-2 mesi
l’una dall’altra. Il virus vaccinale si replica facilmente
nell’intestino ed è eliminato per via fecale da circa il
50% dei vaccinati.
Rotateq è anch’esso un vaccino vivo attenuato ma, a
differenza del precedente, deriva da un ceppo bovino (WC-3) sottoposto al riassortimento con segmenti
di RNA provenienti dai rotavirus umani. Il risultato è
un vaccino pentavalente. Ciascuno dei 5 virus contiene, oltre ai geni del ceppo WC-3, un singolo gene del
rotavirus umano che codifica per una delle proteine
VP4 o VP7 appartenenti ai più diffusi sierotipi, e precisamente: G1, G2, G3, G4 e P[8]. I virus vaccinali di Rotateq hanno altre tre caratteristiche peculiari: si replicano meno facilmente nell’intestino rispetto a quelli
selvaggi, per cui è necessario un più elevato titolo virale per l’immunizzazione, raramente sono eliminati
con le feci e infine richiedono tre dosi orali, con un
intervallo di almeno 1 mese.
La Tabella II riporta i principali risultati di efficacia dei
due vaccini. Occorre sottolineare che non è possibile comparare le percentuali di efficacia riportate per
i due vaccini, per due ragioni: la prima è che la severità clinica è stata misurata con due scale diverse (Vesikari Scale per Rotarix e Clarke Scale per Rotateq); in
secondo luogo, i due studi più importanti sono sta-
I vaccini antirotavirus
I trial clinici relativi ai due vaccini Rotarix e Rotateq
hanno fornito evidenze di efficacia nei confronti della
Tab. II. Efficacia (% e intervalli di confidenza) dei vaccini rotavirus in relazione a vari endpoint.
Vaccino
Studio
Efficacia
verso le
GE severe
Efficacia
verso tutte le
GE da rotavirus
Riduzione
ospedalizzazioni
Rotarix
Ruiz-Palacios
et al. 9
84.7
(71,7-92,4)
n.d.
85 (*)
(69,6-93,5)
n.d.
n.d.
Rotarix
Vesikari
et al. 11
96
(90-99)
87
(80-92)
100
(82-100)
n.d.
n.d.
Rotateq
Vesikari
et al. 10
98
(88,3-100)
74
(66,8-79,9)
95,8
(90,5-98,2)
93,7
(88,8-96,5)
86
(73,9-92,5)
(*) ospedalizzazioni da gastroenterite severa
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Riduzione
Riduzione
visite
visite
DEA
ambulatoriali
Le Emergenze
ti condotti in contesti diversi, ossia prevalentemente
in Paesi sviluppati lo studio su Rotateq, e prevalentemente in Paesi in via di sviluppo (oltre alla Finlandia)
quello su Rotarix. In ogni caso, dai tre studi emerge
un’efficacia elevata per entrambi i prodotti.
Relativamente all’efficacia misurata sui singoli sierotipi, alcune differenze sono emerse in entrambi i vaccini (Tabb. III e IV). Per esempio, tutti e due conferiscono protezione verso G9, probabilmente perché G9
contiene anche il sierotipo P1a[8] 12. D’altra parte, nei
confronti delle gastroenterite severa da G2P[4], Rotarix sembrerebbe meno efficace nello studio condotto in America Latina rispetto allo studio europeo; tuttavia, dato l’esiguo numero dei casi osservati relativi a tale sierotipo, il dato non appare statisticamente
significativo. Un analogo problema di significatività
statistica legato all’esiguità dei casi osservati riguarda
le stime di efficacia di Rotateq verso le gastroenteriti
di qualsiasi gravità dovute a G3, G4 e G9 (Tab. IV).
polazione e, infine, nella valutazione dei risultati dell’intervento. La cosa peggiore che potremmo fare è
iniziare la vaccinazione dei nuovi nati senza essere in
grado di valutarne i risultati.
Come effettuare la sorveglianza? Una possibile risorsa
sono le Schede di Dimissione Ospedaliera (SDO). Uno
studio recentemente condotto in Italia proprio sulle
SDO, ha evidenziato la presenza del codice ICD 00861,
specifico delle infezioni da rotavirus, nell’84% dei ricoveri per enterite virale nel periodo 2001-2003 13. Questo tipo di sorveglianza è utile per stimare le dimensioni del fenomeno, ma non ci fornisce informazioni
sui sierotipi responsabili delle gastroenteriti osservate. Inoltre è noto che l’analisi delle SDO presenta numerosi limiti, soprattutto in rapporto alla completezza
dei dati, e risente fortemente della diversa attitudine
degli operatori alla ricerca dell’agente etiologico, che
non sempre viene effettuata.
Un altro metodo è quello della sorveglianza attiva tramite i laboratori di Microbiologia: poiché la sierotipizzazione non è possibile in tutti i laboratori ospedalieri,
deve essere previsto un centro di riferimento per la sua
effettuazione. Questa modalità presenta alcune analogie con la sorveglianza attiva dello pneumococco tramite i laboratori. Essa può essere estesa a tutti i laboratori ospedalieri oppure limitata ad una rete di laboratori sentinella. I dati così ottenuti sono piuttosto precisi relativamente ai sierotipi, tuttavia è possibile una
sottostima del fenomeno, poiché il test per l’identificazione del virus non viene effettuato sempre in tutti
i casi di gastroenterite; di conseguenza, la popolazione sottoposta al test può non essere rappresentativa
di quella generale: potrebbe accadere che siano sottoposti al test prevalentemente i bambini con gastroenterite severa o con quadri clinici inusuali.
Sorvegliare i sierotipi
La pressione selettiva determinata da un vaccino
nei confronti di un microrganismo presente in natura sotto forma di sierotipi differenti può, in determinate circostanze, far emergere sierotipi inusuali, scarsamente rappresentati in epoca pre-vaccinale. Questo fenomeno è stato osservato nello Streptococcus
pneumoniae, e non possiamo escludere che si manifesti anche per quanto riguarda il rotavirus. Ne deriva
la necessità di sorvegliare i sierotipi, in base al principio secondo il quale un programma vaccinale non
consiste soltanto nella somministrazione del vaccino,
ma anche nella sorveglianza della malattia nella po-
Tab. III. Efficacia (% e intervalli di confidenza) di Rotarix nei confronti di alcuni sierotipi di rotavirus (gastroenteriti
severe).
Vaccino
Rotarix
Studio
G1P[8]
Ruiz-Palacios
et al. 9
90,8
(70,5-98,2)
Vesikari
et al. 11
96
(86-100)
G3P[8]
G4P[8]
G9P[8]
86,9
(62,8-96,6)
100
(45-100)
100
(65-100)
G2P[4]
45.4
(-81,5-85,6)
95
(78-99)
75
(-386-100)
Tab. IV. Efficacia (% e intervalli di confidenza) di Rotateq verso alcuni sierotipi di rotavirus (gastroenterite di qualsiasi severità).
Vaccino
Studio
G1
G2
G3
G4
G9
Rotateq
Vesikari
et al. 10
74,9
(67,3-80,9)
63,4
(2,6-88,2)
82,7
(< 0-99,6)
48,1
(< 0-91,6)
65,4
(< 0-99,3)
Rivista di Immunologia e Allergologia Pediatrica
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Le Emergenze
Firenze, Panorama - Paolo Parigi
La sorveglianza attiva tramite i laboratori teoricamente rappresenta il metodo migliore per valutare
l’impatto della vaccinazione, ma è molto impegnativa e costosa: nel nostro Paese non siamo ancora riusciti a costruire un sistema di sorveglianza attiva delle infezioni da pneumococco, è credibile che si riesca
ad organizzare in tempi brevi la sorveglianza attiva
del rotavirus?
genti. Sebbene entrambi i vaccini si siano dimostrati
protettivi verso i vari sierotipi circolanti nelle popolazioni oggetto di studio clinico, non sappiamo quale
potrà essere il risultato nelle popolazioni in cui sono
già emersi sierotipi insoliti, né possiamo prevedere se
la pressione selettiva legata alla vaccinazione universale possa essere in grado di far emergere sierotipi
verso i quali i vaccini sono meno efficaci.
Un discorso a parte meritano i Paesi in via di sviluppo. La somministrazione per via orale rappresenta un
fattore in grado di favorire la vaccinazione universale nei Paesi poveri, proprio grazie alla semplicità di
somministrazione. Nello stesso tempo si tratta di vaccini che per funzionare hanno bisogno di replicarsi
nell’intestino. È ben noto che nei Paesi in via di sviluppo una serie di fattori legati all’ospite è in grado
di compromettere l’immunizzazione con vaccini vivi
per via orale: la presenza di infezioni batteriche o virali che possono interferire con l’attecchimento dei
virus vaccinali (altre infezioni enteriche, HIV, TB, malaria), la malnutrizione, la presenza di anticorpi materni e infine la presenza di una enteropatia ambientale.
Con tale termine si definisce una condizione, caratterizzata da atrofia dei villi e malassorbimento, dovuta
a vari fattori ambientali tipici dei Paesi poveri 16. Vari
studi sottolineano la ridotta immunogenicità dei vaccini vivi somministrati per via orale in Paesi in via di
sviluppo, documentata ad esempio per il vaccino antipolio orale 17 e per un vaccino anticolerico 18.
Le sfide per i nuovi vaccini antirotavirus
I dati pubblicati sui due vaccini antirotavirus ci informano che si tratta di vaccini efficaci e sicuri. Come
sempre, si tratta ora di passare dalle condizioni peculiari dello studio clinico, indispensabili per valutare l’efficacia e la sicurezza, alle situazioni di campo, in
altre parole si tratta di valutare l’efficacia di un programma di vaccinazione 14.
A livello globale, si tratterà di osservare gli effetti di
questi nuovi vaccini nel ridurre le morti e le ospedalizzazioni nei Paesi in via di sviluppo (ammesso che
siano eliminati gli ostacoli, soprattutto economici, alla loro introduzione nei Paesi poveri), e le visite ambulatoriali, i ricoveri e i relativi costi (compresi quelli legati alle giornate di lavoro perse dai genitori per
l’assistenza al bambino) nei Paesi sviluppati 15.
Un’altra sfida fondamentale riguarda i sierotipi emer-
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Bibliografia
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Infine, dobbiamo ricordare i fattori economici: stiamo parlando di vaccini che costano molto, e non sappiamo in che modo la porzione di umanità che ricaverebbe il maggior beneficio dalla vaccinazione universale potrà fruire di tale importante strumento di
prevenzione.
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