Evaluation of clinical strategies to cure HIV-1 infection in patients receiving antiretroviral therapy

Abstract

El desenvolupament de fàrmacs que inhibeixen el cicle de replicació del virus de la immunodeficiència humana tipus 1 (VIH-1), coneguts com teràpia antiretroviral combinada (TAR), va ser un dels majors èxits clínics del segle XX. Tanmateix, malgrat que el tractament suprimeix eficientment la replicació viral, millora la funció immunitària i disminueix la morbiditat y mortalitat associades a la síndrome de la immunodeficiència humana (SIDA), la TAR no és capaç de curar aquesta infecció i presenta diverses limitacions: (i) no pot reduir completament la inflamació crònica ni la immunosenescència, (ii) no pot eradicar les cèl·lules latentment infectades, i (iii) requereix adherència diària al tractament per evitar el rebot viral, la resistència a fàrmacs i la progressió de la malaltia. Per tant, el desenvolupament de noves estratègies amb l’objectiu de curar la infecció per VIH-1 és un requisit ineludible a nivell mundial. Les estratègies que estan sent avaluades actualment són: la optimització del tractament, la immunoteràpia, la reactivació de la latència, la vacunació terapèutica i la teràpia cel·lular i gènica. En aquest context, l’objectiu d’aquesta tesi és avaluar el potencial curatiu de quatre estudis clínics basats en: (i) immunoteràpia amb interferó-α (IFNα), (ii) reactivació de latència amb carbonat de liti, (iii) vacunació terapèutica amb immunogen de regions conservades de VIH-1 (MVA.HIVconsv), i (iv) teràpia cel·lular amb trasplantament de cèl·lules mare hematopoètiques utilitzant cèl·lules de cordó umbilical resistent a la infecció per VIH-1. Tots aquests estudis es van realitzar en individus tractats en fase crònica i amb virèmia suprimida. En els estudis avaluats es van analitzar marcadors virològics i immunològics per quantificar el reservori de VIH-1 i la funció immunològica, utilitzant mètodes de biologia cel·lular i molecular. Els resultats van mostrar que tant la immunoteràpia amb IFNα com l’administració de liti es podrien utilitzar com a implementació del tractament, en combinació amb la TAR, ja que ambdós actuen com a repressors virals. A més, es va observar que la vacuna de regió conservada MVA.HIVconsv genera respostes citotòxiques específiques contra regions conservades del genoma de VIH-1; ara bé, aquestes respostes no són suficients com per afectar al reservori del VIH-1, de manera que aquesta vacunació hauria de ser administrada en combinació amb agents reactivadors de la latència. Finalment, el trasplantament de cèl·lules de cordó umbilical resistent a la infecció per VIH-1 va mostrar que el pacient infectat per VIH-1 tractat podria haver-se curat mitjançant aquesta estratègia terapèutica. Malauradament, el pacient va morir tres mesos després del trasplantament degut a una ràpida progressió del limfoma que patia, i no va ser possible confirmar aquesta hipòtesi amb anàlisis posteriors. Per tant, és necessari realitzar més estudis clínics basats en aquestes o noves estratègies terapèutiques per aconseguir un tractament, d’aplicació generalitzada per a tots els individus infectats per VIH, el qual permeti aconseguir curar definitivament aquesta pandèmia.

El desarrollo de fármacos que inhiben el ciclo de replicación del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1), conocidos como terapia antirretroviral combinada (TAR), fue uno de los mayores éxitos clínicos del siglo XX. Sin embargo, a pesar de que este tratamiento suprime eficientemente la replicación viral, mejora la función inmunológica y disminuye la morbilidad y mortalidad asociadas al síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA), la TAR no es capaz de curar esta infección y tiene diversas limitaciones: (i) no puede reducir completamente la inflamación crónica ni la inmunosenescencia, (ii) no puede erradicar las células latentemente infectadas, y (iii) requiere adherencia diaria al tratamiento para evitar el rebote viral, la resistencia a fármacos y la progresión de la enfermedad. Por tanto, el desarrollo de nuevas estrategias con el objetivo de curar la infección por VIH-1 es un requisito ineludible a nivel mundial. Las estrategias que están siendo actualmente evaluadas son: la optimización del tratamiento antirretroviral, la inmunoterapia, la reactivación de latencia, la vacunación terapéutica, y la terapia celular y génica. En este contexto, el objetivo de esta tesis es evaluar el potencial curativo de cuatro estudios clínicos basados en: (i) inmunoterapia con interferón-α (IFNα), (ii) reactivación de latencia con carbonato de litio, (iii) vacunación terapéutica con inmunógeno de regiones conservadas de VIH-1 (MVA.HIVconsv), y (iv) terapia celular con trasplante de células madre hematopoyéticas usando células de cordón umbilical resistentes a la infección por VIH-1. Todos estos estudios se realizaron en individuos tratados en fase crónica y con viremia suprimida. Para ello se analizaron marcadores virológicos e inmunológicos para cuantificar el reservorio de VIH-1 y la función inmunológica, utilizando métodos de biología celular y molecular. Los resultados mostraron que tanto la inmunoterapia con IFNα como la administración de litio se podrían usar como implementación del tratamiento, en combinación con la TAR, ya que ambos actúan como represores virales. Además, se observó que la vacuna de región conservada MVA.HIVconsv genera respuestas citotóxicas específicas contra regiones conservadas del genoma de VIH-1; sin embargo, estas respuestas no son suficientes para afectar al reservorio de VIH-1, de modo que esta vacunación debería ser administrada en combinación con agentes reactivadores de la latencia. Finalmente, el trasplante alogénico con células de cordón umbilical resistente a la infección por VIH-1 mostró que el paciente infectado con VIH-1 tratado podría haberse curado mediante esta estrategia terapéutica. Desafortunadamente, el paciente falleció tres meses después del trasplante debido a una rápida progresión del linfoma que padecía, y no fue posible confirmar esta hipótesis con análisis posteriores. Por consiguiente, es necesario realizar más estudios clínicos basados en éstas o nuevas estrategias terapéuticas para conseguir un tratamiento, de aplicación generalizada para todos los individuos infectados por VIH, el cual permita conseguir curar definitivamente esta pandemia.

The development of drugs that inhibit the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) replication cycle, known as combination antiretroviral therapy (ART), was one of the major clinical successes of the 20th century. However, despite the fact that this treatment efficiently suppresses viral replication, improves the immune function and decreases the morbidity and mortality associated with the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), ART cannot cure this infection and has several limitations, as it: (i) cannot completely decrease the chronic inflammation and immunosenescence, (ii) cannot eradicate the latently infected cells, and (iii) requires adherence to daily drug regimens to avoid viral rebound, drug resistance and disease progression. Therefore, the development of new approaches to cure HIV-1 infection is a major necessity worldwide. The strategies that are currently in evaluation are: treatment optimization, immunotherapy, latency reactivation, therapeutic vaccination, and cellular and gene therapy. In this context, the aim of this thesis is to evaluate the curative potential of four clinical trials based on: (i) immunotherapy with interferon-α (IFNα), (ii) latency reactivation with lithium carbonate, (iii) therapeutic vaccination with HIV-1 conserved region immunogen (MVA.HIVconsv), and (iv) cellular therapy with an hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) using an HIV-resistant cord blood unit. All these studies were performed in chronically ART-suppressed individuals. For that purpose, we analyzed virological and immunological markers to quantify the HIV-1 reservoir and the immune function, using cellular and molecular biology methods. Our results showed that immunotherapy with IFNα and administration of lithium could be used in combination with ART, since both act as viral repressors but cannot directly cure HIV-1 infection. Moreover, we observed that MVA.HIVconsv vaccine efficiently elicits HIV-specific cytotoxic immune responses against conserved regions of the HIV-1 genome. However, these responses are not sufficient to have an impact on the HIV-1 reservoir. Therefore, the vaccine should be administered in combination with a latency-reversing agent (LRA). Finally, there were signs of recovery from the HIV-1 infection in the individual treated with the HSCT using an HIV-resistant cord blood unit. Unfortunately, it was impossible to confirm this observation in samples 3 months after the transplant, time at which the patient passed away due to the quick progression of a lymphoma. In the future, more clinical trials based on these or other novel strategies should be performed to find the optimal strategies that target the heterogeneous population of infected individuals, which ultimately will allow for the eradication of this pandemic.