Zn-Supplementierung bei HIV-immunologischen Non-Respondern (VIHZn)

Studien an Menschen mit HIV zeigen, dass antiretrovirale Behandlungen (ART) zwar Entzündungen verringern (1), eine Reihe von Entzündungsmarkern jedoch dauerhaft erhöht bleiben und diese chronische Entzündung eine wichtige Rolle bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) spielen kann. Darüber hinaus kommt es bei einigen Personen mit HIV, die eine ART initiieren, nicht wie erwartet zu einer Wiederherstellung der CD4+-Zahl, und sie werden als immunologische Non-Responder (INRs) bezeichnet. INRs zeigen stark veränderte immunologische Funktionen, einschließlich Fehlfunktionen und verminderter Zellproduktion im lymphopoetischen Gewebe, gestörte Frequenzen von Immunregulatoren wie regulatorischen T-Zellen und Th17-Zellen sowie erhöhte Immunaktivierung, Immunoseneszenz und Apoptose. Wichtig ist, dass INRs im Vergleich zu HIV-infizierten Patienten mit einer optimalen Immunrekonstitution ein erhöhtes Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko aufweisen. Unsere Gruppe hat gezeigt, dass diese Gruppe schlecht auf die mRNA-Impfung gegen SARS-CoV-2 reagiert und eine beeinträchtigte Immunfunktion bei diesen Personen zeigt (2).

Allerdings leidet die Definition von Immunological Non-Respondern (INRs) unter einem mangelnden Konsens, der den Vergleich der Ergebnisse erschwert. Am häufigsten werden INRs als CD4+-Zellzahlen <200 Zellen/μl definiert, während die Behandlungsdauer, die für die Kategorisierung von Patienten als INRs erforderlich ist, unterschiedlich ist. Darüber hinaus definieren einige Studiengruppen INRs anhand des prozentualen Anstiegs der CD4+-Zellen, am häufigsten einen Anstieg von <20 % gegenüber dem Ausgangswert (3). Andererseits scheint man sich darüber einig zu sein, dass eine adäquate Immunantwort auf HAART eine CD4+-Zellzahl von >500 Zellen/μL umfassen sollte, vor allem weil HIV-infizierte Patienten mit diesem Grad der Immunwiederherstellung eine Morbiditäts- und Mortalitätsrate aufweisen, die annähernd oder vergleichbar ist denen von HIV-negativen Personen (4). Patienten mit CD4+-Zellzahlen < 500 Zellen/μl werden daher als unzureichend ansprechende Patienten eingestuft und in die INR-Gruppe aufgenommen. Und obwohl es sich um eine schlecht beschriebene Gruppe handelt, scheinen ihre Morbidität und Mortalität eher den INRs als denen der adäquaten Responder zu ähneln (5).

Der zugrunde liegende Mechanismus, der das INR-Phänomen erklärt, ist nicht vollständig verstanden. Es wurden mehrere Hypothesen aufgestellt, wonach ein höheres Alter, eine lange Dauer der HIV-Infektion vor HAART, eine Koinfektion mit Hepatitis C und ein niedriger CD4-Nadir für eine immunologische Nichtreaktion prädisponieren (6). Insbesondere der CD4-Nadir scheint für die Erholung von CD4+-Zellen entscheidend zu sein (7). Allerdings liefert keiner dieser Faktoren eine vollständige Erklärung für die fehlende Immunrekonstitution bei INRs. Wahrscheinlich ist dies die Folge mehrerer Faktoren und deren Wechselwirkung. Interessanterweise wurden bei bis zu 50 % der Teilnehmer in mehreren Kohorten HIV-infizierter Erwachsener niedrige Plasma-Zinkspiegel und eine unzureichende Zinkaufnahme festgestellt (8,9) und waren unabhängig voneinander mit einem schnelleren Fortschreiten der HIV-Erkrankung (10) und einer erhöhten Mortalität (11) verbunden. Zinkmangel verringert die Bildung von T-Zellen, schwächt die humorale und zellvermittelte Immunität, führt zu Lymphopenie und Thymusatrophie und erhöht die Häufigkeit und Anzahl von Infektionen (8). Somit könnte der Zinkstatus auch eine Rolle bei den Mechanismen spielen, die an INRs beteiligt sind.

Zink bei Virusinfektionen Zink ist ein essentielles Spurenelement sowohl für den Wirt als auch für Krankheitserreger. Um zu wachsen, benötigen Krankheitserreger Zink. Somit ist Zink ein struktureller Cofaktor viraler Proteine, und bestimmte Viren haben Strategien entwickelt, um die zelluläre Zinkhomöostase zu ihrem Vorteil zu verändern (12). Andererseits gibt es umfangreiche Hinweise darauf, dass Zink die Virusreplikation verhindern und die Zellinvasion verringern kann (z. B. Rhinovirus, HCV, SARS-CoV) (überprüft in 13).

Bemerkenswerterweise hat unser Team gezeigt, dass niedrige Zinkwerte die Ausbreitung von SARS-CoV2 begünstigen (14). Diese Ergebnisse könnten entweder auf eine direkte antivirale Wirkung gegen SARS-CoV2 hinweisen oder darauf, dass das Virus von Stressbedingungen profitiert, die durch niedrige zelluläre Zinkspiegel verursacht werden. Eine Zinkergänzung hat sich bei der Verabreichung an HBV- und HCV-infizierte Patienten als vorteilhaft erwiesen. Darüber hinaus reduziert die zinkbasierte Ernährungsimmunität Durchfallepisoden und Atemwegserkrankungen (Übersicht in 13). Bemerkenswert ist, dass eine Zinkergänzung bei Erkältungen, die durch Rhino- und Coronaviren verursacht werden, diese verhindert und ihre Dauer verkürzt, wenn die Verabreichung innerhalb von 24 Stunden nach Auftreten der Symptome beginnt (siehe Abschnitt 13). Somit hat sich eine Zinkergänzung als wirksam gegen einige Virusinfektionen erwiesen. Ob dies jedoch auf eine verbesserte lokale Immunantwort oder eine Virushemmung zurückzuführen ist, bleibt ungewiss.

Zink als Immunmodulator Zinkmangel (ZD) ist bekanntermaßen mit proinflammatorischen Reaktionen bei Infektionen verbunden und zeigt eine höhere Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und Entzündungsmarker (12,13). Es wurde auch über ein Ungleichgewicht in der Zytokinproduktion von Zellen sowohl der angeborenen als auch der adaptiven Immunität berichtet.

Konkret ist ZD mit höheren Konzentrationen von IL-6, IL-1beta und TNF-alpha verbunden (13,15). In diesem Szenario wurde gezeigt, dass eine Zinkergänzung das Auftreten von Infektionen, entzündlichen Zytokinen, einschließlich IL-6, und Markern für oxidativen Stress bei älteren Menschen verringert (12). Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass eine Zinkergänzung die Immunantwort ausgleicht (16).

Der Zinkstatus in der Ernährung und IL-6 hängen eng zusammen. Somit kann IL-6 die Bioverfügbarkeit von Zink reduzieren und so die Internalisierung in Hepatozyten und die Expression von Zink-Chelatoren fördern (17). Andererseits verringert Zink die IL-6-Produktion durch Hemmung des STAT-3-Signalwegs (18). Unsere Studie mit COVID-19-Patienten zeigte eine negative Korrelation zwischen Serumzinkspiegeln und der IL-6-Produktion (14).

Zink bei der Aktivierung und Erschöpfung von T-Lymphozyten. Es ist bekannt, dass Zink die Reifung, Differenzierung und Zytokinproduktion von T-Lymphozyten beeinflusst (19). Es ist bekannt, dass aktivierte T-Zellen den Zinkgehalt erhöhen (20). Einerseits wurde gezeigt, dass Zink für die korrekte TCR-Signalübertragung erforderlich ist, indem es die Lck- und Zap-70-Aktivität moduliert (20). Unsere Mitarbeiter Vicente et al. haben gezeigt, dass Zink die drei Hauptsignalwege AP-1, NF-kB und NFAT1 positiv verstärkt (21). Der Abbau von Zip6, einem Zinktransporter, der früh während der Zellaktivierung hochreguliert wird, verändert den Zinkeintritt und beeinträchtigt die Aktivierung von Jurkat-T-Zellen dramatisch (22). Darüber hinaus haben neuere Studien zur CD8+-T-Zell-Dysfunktion bei Krebs und chronischen Infektionen begonnen, die an diesem Phänomen beteiligten Transkriptionswege aufzuklären, und die Zinkhomöostase hat sich erneut als Schlüsselelement herausgestellt. Daher werden die Metallothionein-1- und -2-Spiegel sowie die zinkabhängigen Transkriptionsfaktoren in erschöpften CD8+-Zellen unterschiedlich exprimiert (23). Dennoch gibt es keine Studien, die untersuchen, ob eine Zinkergänzung/Chelatbildung einen direkten Einfluss auf das CD8+-Dysfunktionsprofil haben könnte und wie diese Erkenntnisse in neue Therapieansätze für diese Krankheiten, einschließlich HIV-Infektionen, umgesetzt werden könnten.

Zink in der Funktion von B-Lymphozyten Es wurde gezeigt, dass Zinktransporter (Zip7 und Zip10) für die Funktion von B-Zellen essentiell sind. Die Aktivierung von B-Zellen und die Differenzierung von Plasmazellen hängen von der Zinksignalisierung ab (24). Der Zinkstatus in der Ernährung ist ein wichtiger Faktor für die Antikörperproduktion, da er sowohl auf B-Zellen als auch auf CD4+-T-Lymphozyten wirkt. So wurde in Mausmodellen gezeigt, dass ZD die humorale Immunantwort verringert (25).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zink antioxidative und entzündungshemmende Eigenschaften hat und an der Immunregulation einschließlich Zellreifung, Zelldifferenzierung und Apoptose beteiligt ist. Die Zinkhomöostase ist für mehrere Aspekte des Immunsystems wichtig, da es mehrere Wechselwirkungen zwischen Zink und der Immunfunktion gibt. Zinkmangel führt zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber den Auswirkungen von oxidativem Stress. Darüber hinaus besitzt Zink eine antivirale Aktivierung gegen bestimmte Viren. In diesem Zusammenhang schlagen wir eine klinische Studie vor, die auf der Wirkung einer Zinkergänzung basiert, zusammen mit einer tiefergehenden Untersuchung der Auswirkungen und Mechanismen dieser Ergänzung auf Immunzellen und Entzündungen, auf die HIV-Infektion und insbesondere in den Fällen, in denen eine geringere Reaktion auf ART vorliegt und geringere Fähigkeit zur Wiederherstellung des Immunsystems.

Vorläufige Ergebnisse Unsere Gruppe beschäftigt sich seit 2020 mit der immunmodulatorischen Wirkung von Zink bei Virusinfektionen und der Immunantwort. Außerdem arbeiten wir aktiv an der Immunantwort bei PWH-INRs (2). Wir haben mehrere Veröffentlichungen und eine aktive Forschungslinie, die diese beiden Forschungslinien zusammenführt.

Wir haben zuvor eine Studie durchgeführt, in der der Zusammenhang zwischen den Zinkplasmaspiegeln bei Krankenhauseinweisung und der COVID-19-Prognose während der ersten Welle der Pandemie analysiert wurde. Wir fanden eine negative Korrelation zwischen den Zinkspiegeln und IL-6 sowie mit der Mortalität. Wir fanden auch heraus, dass Zink die Virusreplikation in Vero-Zellkulturen beeinflusst (14). Wir haben kürzlich eine klinische Studie durchgeführt (NCT05778383), deren vorläufige Ergebnisse in CROI2023 #542 veröffentlicht wurden. In dieser Studie haben wir beobachtet, dass eine hochdosierte Zinkergänzung in der akuten Phase einer SARS-coV-2-Infektion mit einer besseren Prognose der Krankheit verbunden ist. Wir haben auch eine abnormale Immunantwort auf die Impfung bei INRs gezeigt (2). Daher haben wir im Zusammenhang mit einer Virusinfektion gezeigt, dass Zink eine antivirale und entzündungshemmende Wirkung hat, was für Menschen mit HIV, insbesondere in der INR-Situation, von Vorteil sein kann.

Hypothese

Diese Studie hat mehrere Hypothesen:

1. Relativ niedrige Zinkspiegel kommen in unserer Kohorte von HIV-Patienten häufig vor und spielen eine Rolle bei einer schlechteren Immunantwort und einer stärkeren Entzündungsreaktion.

2. Wir gehen davon aus, dass Zink einen Einfluss auf das Immunsystem hat, indem es die Lymphozytenzahl bei INR-HIV-Personen wiederherstellt und die Immunfunktion und Entzündungen im Zusammenhang mit chronischen Virusinfektionen verbessert.

   Daher wirkt sich eine Zinkergänzung in physiologischen Konzentrationen und Empfehlungen positiv auf die Immunfunktion aus, indem sie die Immunaktivierung verringert und chronische Entzündungen bei INR-HIV-Patienten reduziert.

3. Eine Zinkergänzung schützt die Darmschleimhaut vor der zytopathischen Wirkung des Virus und stellt teilweise die durch HIV induzierte Darmpermeabilität wieder her
4. Eine Zinkergänzung verbessert den oxidativen Stress und die Mitochondrienfunktion

Ziele

Das Hauptziel besteht darin, die klinischen und immunologischen Vorteile einer 16-wöchigen Zinkacetat-Supplementierung bei HIV-immunologischen Non-Respondern zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine randomisierte klinische Studie (RCT) konzipiert.

Ziel 1: Entwurf einer doppelblinden, randomisierten, multizentrischen 2-armigen Studie. Die folgenden Parameter werden zu Studienbeginn und in Woche 16 bei mit Zink ergänzten Personen im Vergleich zu Kontrollpersonen gemessen:

• Primär: Veränderung der CD4+-T-Zellzahl
• Sekundär: Veränderungen der Lebensqualität durch EuroQol-5D-3L, CD4+ CD8+ T-Zell-Aktivierung, T-Zell-Untergruppen, Torque-Teno-Virus-Replikation, IL-6, C-RP, Transkriptomik, ROS

Ziel 2. Messung der Persistenz von Veränderungen der Lebensqualität, der Immunfunktion, der Immunaktivierung, entzündlichen Biomarkern sowie der Mitochondrienfunktion und ROS in Woche 24 im Vergleich zu Woche 16 und dem Ausgangswert. Im Hinblick auf: Veränderungen der Lebensqualität durch EuroQol-5D-3L, CD4+ CD8+ T-Zell-Aktivierung, T-Zell-Untergruppen, Torque-Teno-Virus-Replikation, IL-6, C-RP, Transkriptomik, ROS

Die Methodik ist in Aufgaben unterteilt.

Aufgabe 1. Randomisierte klinische Studie. Es wird eine offene, randomisierte, multizentrische 2-Arm-Studie entworfen. Die Teilnehmer werden voraussichtlich an den beiden Standorten Hospital del Mar und Hospital Parc Taulí eingeschrieben. In der Zink-Supplementierungsgruppe (Zn) erhalten die Teilnehmer den Standard of Care (SoC) und werden 12 Stunden lang (nur für den Fall, dass die ART auf Integrase-Inhibitoren (INSTI) basiert) 16 Wochen lang mit 75 mg elementarem Zn (3) ergänzt Tabletten (83 mg Zn-Acetat) 249 mg Zinkacetat Zink-NM; Laboratorios Cantabria (Código nacional 156252.4)). Wir haben 75 mg elementares Zn/Tag als orale Ergänzung ausgewählt, da es in Nicht-HIV-Studien mit einer Dauer von einem Jahr in dieser Konzentration ohne schwerwiegende Nebenwirkungen sicher angewendet wurde (15). Das Ende der Behandlung (EoT) wird nach 16 Wochen liegen, es wird jedoch eine Nachuntersuchung nach 24 Wochen durchgeführt, um die Persistenz der Wirkung von Zn zu beurteilen.

Primäres Ergebnis

Änderung der folgenden Parameter vom Ausgangswert zu Woche 16 (primärer Endpunkt) und zu Woche 24 (sekundärer Endpunkt):

• Plasma-Zn-Spiegel
• Entzündungsbiomarker (IL-6, C-reaktives Protein, CD14, löslicher Rezeptor TNF-alpha, I-FABP, LBP)
• Immunfunktion:

Replikation des Torque-Teno-Virus (TTV): Das TTV gehört zur Familie der Anelloviridae und ist bei >90 % der gesunden Menschen nachweisbar (27,28) (3 bis 6 log10 Kopien/ml). Die Viruslast spiegelt das Zusammenspiel zwischen TTV-Replikation und antiviraler Immunantwort wider, mit einer geschätzten täglichen Clearance-Rate von mehr als 90 % der Virionen (29). Höhere Viruslasten im Vergleich zu HIV-Negativen und eine Korrelation zwischen der TTV-Viruslast und der CD4+-Zahl wurden bei PWH beschrieben (30). Eine deutlich erhöhte TTV-Plasmakonzentration bei Patienten mit verminderter CD4+-Zellwiederherstellung weist auf einen schwerwiegenderen Immundefekt hin. Das Vorhandensein und die Replikation von TTV könnten als Ersatz für die Immunfunktion und die Reaktion auf den Eingriff mit einer Zinkergänzung verwendet werden (31) T-Zell-Subpopulationen: Die Untersuchung des T-Zell-Kompartiments kann auch eine Vorstellung vom Gleichgewicht und der Funktion des Immunsystems liefern. CD4+/CD8+ T-Zellen und naives, zentrales Gedächtnis, Effektorgedächtnis, TEMRA werden gemessen.

Immunaktivierung: Der Grad der Immunaktivierung kann durch Messung der Expression von CD38 und Ki67 in CD8+- und CD4+-T-Lymphozyten bestimmt werden. Erschöpfung: PD-1 übermittelt hemmende Signale an T-Zellen, und PD-1 wird während einer chronischen Virusinfektion selektiv durch erschöpfte T-Zellen hochreguliert (32). Es wurde über erhöhte PD-1-Werte im INR im Vergleich zu normalen Respondern berichtet (33).

ROS und mitochondriale Funktion: Mitochondriale Dysfunktion wird mit einer wachsenden Zahl von Erkrankungen in Verbindung gebracht. Von Mitochondrien erzeugte ROS sind an mehreren Prozessen wie Krebs, Alterung, Myokardinfarkt und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt. (38) Fragebogen zur Lebensqualität (QoL) (EuroQol-5D-3L): Der EQ-5D-3L ist etabliert und validiert Fragebogen zur Lebensqualität, der in vielen therapeutischen Situationen verwendet wird (34,35,36). Mit seiner geringen Größe von 5 Items und einer visuellen Analogskala ist es aufgrund seiner Kürze und Benutzerfreundlichkeit gut für den Einsatz in der klinischen Forschung und Praxis geeignet. Es gibt eine in der spanischen Bevölkerung validierte Version (37).

Sekundäre Ergebnisse

• Veränderung des Transkriptomprofils zwischen dem Ausgangswert und Woche 16 im Vergleich zu Woche 24 in Vollblutproben

Sicherheitsendpunkte

• Auftreten unerwünschter Ereignisse (UE)