Difterite
Cause
Quali sono le cause della Difterite?
L'agente responsabile della difterite
La difterite è una malattia infettiva batterica causata principalmente da ceppi tossigenici di Corynebacterium diphtheriae, un bacillo Gram-positivo che colonizza soprattutto le mucose delle vie respiratorie superiori e, meno frequentemente, la cute. La capacità di provocare la forma classica della malattia non dipende tuttavia dalla semplice presenza del batterio: il principale determinante della gravità della difterite è infatti la produzione della tossina difterica, una potente esotossina responsabile sia del danno locale sia delle possibili complicanze sistemiche (Sharma et al., 2019; Parveen et al., 2019).
Più raramente, una sindrome clinicamente sovrapponibile alla difterite può essere provocata da ceppi tossigenici di altre specie appartenenti allo stesso genere, soprattutto Corynebacterium ulcerans e, molto più raramente, Corynebacterium pseudotuberculosis (Williams et al., 2020; Sharma et al., 2019). La distinzione ha rilevanza epidemiologica perché, mentre l'uomo rappresenta il principale serbatoio di C. diphtheriae, C. ulcerans è un patogeno zoonotico che può essere trasmesso all'uomo da diverse specie animali (Hillan et al., 2024; Mori et al., 2024).
Ceppi tossigenici e non tossigenici
Non tutti i ceppi di C. diphtheriae producono la tossina difterica. Questa distinzione è essenziale per comprendere la causa della malattia: la difterite classica, caratterizzata dalla possibile formazione della pseudomembrana e soprattutto dal rischio di complicanze sistemiche come miocardite e neuropatia, è strettamente associata all'infezione da ceppi capaci di produrre una tossina biologicamente attiva (Sharma et al., 2019).
Esistono tuttavia anche ceppi non tossigenici, che non producono la tossina difterica ma non sono necessariamente innocui. Possono colonizzare le mucose o la cute e provocare faringiti, infezioni cutanee e, in determinate circostanze, infezioni invasive quali batteriemia, endocardite, artrite settica e osteomielite. La loro patogenicità dimostra che C. diphtheriae possiede fattori di virulenza indipendenti dalla tossina, coinvolti nell'adesione alle cellule dell'ospite, nell'invasione dei tessuti e nell'induzione della risposta infiammatoria (Ott et al., 2022; Sangal, Hoskisson, 2016).
Occorre inoltre distinguere tra presenza del gene della tossina ed effettiva produzione di tossina. Sono stati identificati ceppi che possiedono il gene tox ma non esprimono una tossina biologicamente attiva, definiti non-toxigenic tox gene-bearing, o NTTB. Per questo motivo l'identificazione molecolare del gene tox non equivale, da sola, alla dimostrazione della tossigenicità del microrganismo (Williams et al., 2020).
Il batteriofago e l'acquisizione della capacità di produrre tossina
Una peculiarità fondamentale della difterite è che il gene che codifica la tossina, denominato tox, non appartiene originariamente al patrimonio genetico di base di C. diphtheriae. Esso viene trasportato da specifici corynebacteriophages, cioè virus capaci di infettare i corinebatteri. Quando il DNA del batteriofago contenente il gene tox si integra nel genoma batterico, il batterio può acquisire la capacità di produrre la tossina. Questo fenomeno prende il nome di conversione lisogenica (Parveen et al., 2019).
Si tratta di un passaggio centrale nella patogenesi: la presenza di C. diphtheriae non è quindi sufficiente a determinare la difterite tossinica. Perché il microrganismo possa provocare gli effetti caratteristici della tossina deve possedere un gene tox funzionale ed essere in grado di esprimerlo e produrre tossina biologicamente attiva.
L'acquisizione o la perdita di elementi genetici mobili contribuisce inoltre alla notevole diversità dei ceppi di C. diphtheriae. Anche altri determinanti di virulenza, compresi alcuni gruppi di geni coinvolti nella formazione dei pili, strutture di ancoraggio del batterio alla cellula ospite, sono localizzati in regioni genomiche variabili, contribuendo alle differenti capacità di colonizzazione e invasione osservate tra i ceppi (Sangal, Hoskisson, 2016).
La tossina difterica: il principale fattore di virulenza
La tossina difterica è il fattore determinante della forma classica e delle complicanze più gravi della malattia. È una esotossina di tipo A-B: una porzione della molecola permette il legame e l'ingresso nella cellula bersaglio, mentre la porzione cataliticamente attiva interferisce con un processo cellulare essenziale.
Dopo essersi legata alla superficie cellulare ed essere stata internalizzata, la tossina raggiunge il citoplasma e inattiva mediante ADP-ribosilazione il fattore di elongazione 2 eucariotico (eEF-2), indispensabile per la sintesi delle proteine. Il blocco della sintesi proteica conduce progressivamente alla disfunzione e alla morte della cellula (Sharma et al., 2019; Parveen et al., 2019).
A livello della mucosa respiratoria, il danno cellulare provocato dalla tossina contribuisce alla necrosi dell'epitelio e alla risposta infiammatoria. L'accumulo di fibrina, cellule infiammatorie, detriti cellulari e batteri porta alla formazione della caratteristica pseudomembrana, fortemente aderente ai tessuti sottostanti. Se la tossina attraversa la mucosa e raggiunge la circolazione, può distribuirsi a distanza e danneggiare organi particolarmente sensibili, soprattutto cuore e sistema nervoso periferico. È questo meccanismo, più che la diffusione sistemica del batterio stesso, a spiegare le manifestazioni tossiche classiche della difterite (Sharma et al., 2019).
Il ruolo del ferro nella produzione della tossina
La produzione della tossina non è costante, ma è regolata anche dalle condizioni dell'ambiente in cui cresce il batterio. Un ruolo centrale è svolto dalla disponibilità di ferro.
Il principale regolatore è la proteina DtxR (diphtheria toxin repressor). Quando il ferro è sufficientemente disponibile, gli ioni Fe²⁺ attivano DtxR, che si lega a specifiche sequenze regolatorie del DNA e reprime la trascrizione del gene tox. Quando invece la disponibilità di ferro diminuisce, la repressione viene attenuata e aumenta l'espressione della tossina (Parveen et al., 2019).
Questo sistema permette al batterio di adattare l'espressione di numerosi geni alle condizioni incontrate nell'ospite. Il ferro non deve pertanto essere interpretato come una "causa" della difterite, ma come un importante segnale ambientale che modula l'espressione della virulenza batterica.
Adesione e colonizzazione delle mucose
Prima che la tossina possa esercitare i propri effetti, C. diphtheriae deve essere in grado di aderire all'epitelio e colonizzare il sito di infezione. La superficie batterica possiede diverse strutture coinvolte nell'interazione con le cellule dell'ospite, tra cui pili, proteine di superficie e componenti della parete cellulare.
I pili, strutture filamentose che protrudono dalla superficie batterica, possono facilitare l'adesione alle cellule epiteliali delle vie respiratorie. C. diphtheriae presenta diversi tipi di pili, la cui composizione può variare tra i diversi ceppi. Oltre all'adesione, sono stati identificati meccanismi che favoriscono l'interazione con le cellule dell'ospite, l'invasione cellulare, la modulazione dell'infiammazione e differenti modalità di morte cellulare (Ott et al., 2022; Sangal, Hoskisson, 2016).
Questi fattori spiegano anche perché ceppi privi della tossina possano essere patogeni. La virulenza di C. diphtheriae non deve quindi essere considerata sinonimo esclusivamente di tossigenicità: la tossina è il principale determinante della difterite tossinica classica, mentre adesione, colonizzazione e invasività dipendono da un insieme più complesso di caratteristiche batteriche.
Come si contrae l'infezione
Per C. diphtheriae l'essere umano rappresenta il principale serbatoio. La trasmissione avviene prevalentemente da persona a persona attraverso secrezioni respiratorie emesse da un soggetto infetto o colonizzato. Anche individui che non presentano manifestazioni cliniche possono ospitare il microrganismo e contribuire alla sua diffusione. La revisione sistematica di Truelove e collaboratori ha confermato l'importanza epidemiologica dei portatori asintomatici, sebbene la loro capacità di trasmettere l'infezione sia mediamente inferiore rispetto a quella dei casi sintomatici (Truelove et al., 2020).
Nella difterite cutanea, il batterio colonizza invece lesioni della pelle e la trasmissione può verificarsi mediante contatto diretto con le lesioni o con le loro secrezioni. Le forme cutanee possono inoltre costituire un serbatoio dal quale il microrganismo può diffondersi ad altri individui (Ott et al., 2022; Sharma et al., 2019).
Un aspetto importante è che il vaccino antidifterico è diretto contro la tossina e non contro il batterio. La vaccinazione protegge quindi soprattutto dalla malattia tossinica e dalle sue conseguenze più gravi, ma non impedisce in maniera assoluta la colonizzazione delle mucose da parte di C. diphtheriae. Anche una persona vaccinata può pertanto, in determinate circostanze, essere colonizzata e contribuire alla trasmissione del microrganismo (Truelove et al., 2020).
Difterite zoonotica: il ruolo di Corynebacterium ulcerans
Corynebacterium ulcerans merita una considerazione distinta perché, diversamente da C. diphtheriae, possiede un importante serbatoio animale. Ceppi tossigenici di C. ulcerans possono produrre una tossina difterica e provocare nell'uomo una malattia clinicamente simile alla difterite respiratoria classica.
Il microrganismo è stato isolato in numerose specie animali domestiche e selvatiche. Nei Paesi industrializzati, gli animali da compagnia, soprattutto cani e gatti, sono considerati una delle principali possibili fonti di esposizione umana. Studi basati sul sequenziamento genomico hanno documentato episodi nei quali ceppi isolati dall'uomo e dagli animali conviventi risultavano strettamente correlati, fornendo una forte evidenza a favore della trasmissione zoonotica (Hillan et al., 2024).
Il ruolo di C. ulcerans assume particolare interesse anche in Europa, dove la difterite da C. diphtheriae è diventata relativamente rara grazie alla vaccinazione, mentre continuano a essere descritti casi sporadici associati a C. ulcerans. I dati disponibili indicano tuttavia che la reale prevalenza del microrganismo negli animali e la frequenza della trasmissione zoonotica non sono ancora definite con precisione (Mori et al., 2024).
C. pseudotuberculosis, anch'esso prevalentemente associato agli animali, può possedere il gene tox e produrre tossina difterica, ma rappresenta una causa molto più rara di malattia difterica nell'uomo (Williams et al., 2020; Sharma et al., 2019).
Dall'infezione alla malattia: un modello multifattoriale
La causa della difterite non può quindi essere ricondotta semplicemente all'esposizione a C. diphtheriae. Lo sviluppo della malattia deriva dall'interazione tra caratteristiche del microrganismo, produzione della tossina e suscettibilità dell'ospite.
Il primo passaggio è l'esposizione a un ceppo patogeno e la sua capacità di aderire e colonizzare le mucose o la cute. Nella difterite classica è poi fondamentale la presenza di un gene tox funzionale e la produzione di tossina biologicamente attiva. L'espressione della tossina è a sua volta regolata dalle condizioni ambientali, in particolare dalla disponibilità di ferro. Infine, la gravità delle conseguenze dipende dalla quantità di tossina prodotta e assorbita, dalla sede dell'infezione e soprattutto dal livello di immunità antitossica dell'ospite (Parveen et al., 2019; Sharma et al., 2019).
La vaccinazione modifica profondamente quest'ultimo elemento. Poiché il vaccino contiene tossoide difterico, cioè tossina inattivata capace di indurre anticorpi neutralizzanti, la protezione immunitaria è rivolta soprattutto contro gli effetti della tossina. Una riduzione o una perdita nel tempo dell'immunità antitossica rende quindi possibile lo sviluppo della malattia in caso di esposizione a un ceppo tossigenico, mentre una protezione immunitaria adeguata riduce fortemente la probabilità di manifestazioni cliniche gravi (Truelove et al., 2020; Sharma et al., 2019).
In sintesi, la difterite classica è il risultato di una sequenza biologica ben definita: colonizzazione da parte di un Corynebacterium patogeno, presenza ed espressione del gene tox, produzione di tossina difterica e insufficiente neutralizzazione della tossina da parte dell'immunità dell'ospite. Accanto a questo modello esistono infezioni da ceppi non tossigenici, nelle quali altri fattori di adesione e invasività possono provocare malattia locale o sistemica senza il coinvolgimento della tossina difterica.
