Zn-tillskott i HIV-immunologiska icke-svarare (VIHZn)

Studier av personer som lever med HIV visar att även om antiretrovirala behandlingar (ART) minskar inflammation (1), förblir ett antal inflammatoriska markörer konstant förhöjda och denna kroniska inflammation kan spela en viktig roll vid hjärt-kärlsjukdom (CVD). Dessutom återfår vissa individer med HIV-initierande ART inte CD4+-räkningen som förväntat, och beskrivs som immunologiska icke-svarare (INR). INR presenteras med allvarligt förändrade immunologiska funktioner, inklusive funktionsfel och minskad produktion av celler i lymfopoetisk vävnad, störda frekvenser av immunregulatorer såsom regulatoriska T-celler och Th17-celler, och ökad immunaktivering, immunosenscens och apoptos. Viktigt är att INR har en ökad risk för sjuklighet och mortalitet jämfört med HIV-infekterade patienter med en optimal immunrekonstitution. Vår grupp har visat hur denna grupp svarar dåligt på mRNA-vaccination mot SARS-CoV-2 som visar en nedsatt immunfunktion bland dessa individer (2).

Definitionen av immunologiska icke-svarare (INR) lider dock av bristande konsensus som hindrar jämförelsen av fynd. Oftast definieras INR som att ha CD4+-cellantal <200 celler/μL medan behandlingslängden som behövs för att kategorisera patienter som INR varierar. Dessutom definierar vissa studiegrupper INRs genom CD4+-cellsökningen i procent, oftast <20% ökning från baslinjen (3). Å andra sidan verkar det råda enighet om att ett adekvat immunsvar mot HAART bör inkludera ett CD4+-cellantal >500 celler/μL, främst eftersom HIV-infekterade patienter med denna nivå av immunåterställning har en sjuklighet och dödlighet som närmar sig eller är jämförbar till HIV-negativa individer (4). Patienter med CD4+-cellantal <500 celler/μL klassificeras följaktligen som otillräckliga responders, inkluderade i INR-gruppen. Och även om de är en grupp dåligt beskriven, verkar deras sjuklighet och dödlighet mer likna INR än adekvata svarspersoner (5).

Den underliggande mekanismen som förklarar INR-fenomen är inte väl förstådd. Flera hypoteser har ställts som en högre ålder, en lång varaktighet av HIV-infektion före HAART, samtidig infektion med hepatit C och en låg CD4-nadir predisponerar för immunologiskt bortfall (6). CD4-nadir verkar specifikt vara kritisk för återhämtning av CD4+-celler (7). Ingen av dessa faktorer ger dock en fullständig förklaring till bristen på immunrekonstitution i INR. Förmodligen är detta konsekvensen av flera faktorer och dess samverkan. Intressant nog hittades låga zinknivåer i plasma och otillräckligt zinkintag hos upp till 50 % av deltagarna i flera kohorter av HIV-infekterade vuxna (8,9), och var oberoende associerade med snabbare HIV-sjukdomsprogression (10) och ökad dödlighet (11). Zinkbrist minskar genereringen av T-celler, sänker humoral och cellmedierad immunitet, leder till lymfopeni och tymusatrofi och ökar frekvensen och antalet infektioner (8). Således kan zinkstatus också ha en roll i de mekanismer som är involverade i INR.

Zink vid virusinfektion Zink är ett viktigt spårämne för både värd och patogener. För att växa kräver patogener zink. Således är zink en strukturell kofaktor av virala proteiner och vissa virus har utvecklat strategier för att förändra cellulär zinkhomeostas till fördel (12). Å andra sidan finns det omfattande bevis för att zink kan förhindra virusreplikation och lägre cellulär invasion (t. Rhinovirus, HCV, SARS-CoV) (recensat i 13).

Anmärkningsvärt nog har vårt team visat att låga zinknivåer gynnar SARS-CoV2-expansion (14). Dessa resultat kan indikera antingen en direkt antiviral verkan mot SARS-CoV2 eller att viruset drar nytta av stresstillstånd orsakade av låga nivåer av cellulärt zink. Zinktillskott har visat sig vara fördelaktigt vid administrering till HBV- och HCV-infekterade patienter. Dessutom minskar zinkbaserad näringsimmunitet diarréepisoder och andningsvägssjukdomar (recensionerad i 13). Anmärkningsvärt är att zinktillskott mot förkylning orsakad av rhino- och coronavirus förhindrar det och minskar dess varaktighet, om administreringen påbörjas inom 24 timmar efter symtomdebut (reviderad i 13). Således har zinktillskott visat sig vara fördelaktigt mot vissa virusinfektioner. Huruvida detta orsakades av förbättrat lokalt immunsvar eller viral hämning är dock osäkert.

Zink som immunmodulator Zinkbrist (ZD) är känd för att vara associerad med proinflammatoriska svar vid infektion, vilket visar högre produktion av reaktiva syrearter (ROS) och inflammatoriska markörer (12,13). En obalans i cytokinproduktion av celler med både medfödd och adaptiv immunitet har också rapporterats.

Konkret är ZD associerad med högre nivåer av IL-6, IL-1beta och TNF-alfa (13,15). I detta scenario har zinktillskott visat sig minska förekomsten av infektion, inflammatoriska cytokiner, inklusive IL-6, och oxidativ stressmarkörer hos äldre individer (12). Dessutom har zinktillskott visat sig balansera immunsvar (16).

Nutritionszinkstatus och IL-6 är starkt sammankopplade. Således kan IL-6 minska zinkbiotillgängligheten, vilket främjar internalisering i hepatocyter och uttrycket av zinkkelatorer (17). Å andra sidan minskar zink IL-6-produktionen via hämning av STAT-3-vägen (18). Vår studie med COVID-19-patienter visade en negativ korrelation mellan serumzinknivåer och IL-6-produktion (14).

Aktivering och utmattning av zink i T-lymfocyter Zink är känt för att påverka mognad, differentiering och cytokinproduktion av T-lymfocyter (19). Aktiverade T-celler är kända för att öka zinkhalten (20). Å ena sidan har zink visat sig krävas för korrekt TCR-signalering genom att modulera Lck- och Zap-70-aktivitet (20). Våra medarbetare Vicente et al. har visat att zink positivt potentierar de tre huvudsakliga signalvägarna, AP-1, NF-kB och NFAT1 (21). Nedbrytningen av Zip6, en zinktransportör som regleras tidigt under cellaktivering, förändrar zinkinträde och försämrar dramatiskt aktiveringen av Jurkat T-celler (22). Dessutom har nyligen genomförda studier på CD8+ T-cellsdysfunktion under cancer och kroniska infektioner börjat belysa transkriptionsvägarna som är involverade i detta fenomen och zinkhomeostas har återigen dykt upp som ett nyckelelement. Således uttrycks metallotionein 1 och 2 nivåer och zinkberoende transkriptionsfaktorer differentiellt i utmattade CD8+ celler (23). Ändå finns det inga studier som undersöker om zinktillskott/kelering direkt kan påverka CD8+ dysfunktionella profil och hur dessa lärdomar kan översättas till nya terapeutiska metoder för dessa sjukdomar inklusive HIV-infektion.

Zink i B-lymfocytfunktion Det har visats att zinktransportörer (Zip7 och Zip10) är väsentliga för B-cellsfunktion. B-cellsaktivering och plasmacellsdifferentiering beror på zinksignalering (24). Nutritionszinkstatus är en viktig faktor som bestämmer antikroppsproduktionen med tanke på dess verkan på både B-celler och CD4+ T-lymfocyter. Således har ZD i musmodeller visat sig sänka humoralt immunsvar (25).

Sammanfattningsvis har zink antioxidativa och antiinflammatoriska egenskaper och är involverat i immunreglering inklusive cellmognad, celldifferentiering och apoptos. Zinkhomeostas är viktig för flera aspekter av immunförsvaret eftersom det finns flera korsningar mellan zink och immunfunktion. Zinkbrist resulterar i en ökad känslighet för effekterna av oxidativ stress. Dessutom har zink en antiviral aktivering mot vissa virus. I detta avseende föreslår vi en klinisk prövning baserad på effekten av zinktillskott, tillsammans med en djupare studie av effekten och mekanismerna av detta tillskott i immunceller och inflammation, på HIV-infektionen och speciellt i de fall med mindre respons på ART och mindre immunåterhämtningsförmåga.

Preliminära resultat Vår grupp har arbetat med den immunmodulerande effekten av zink vid virusinfektioner och med immunsvaret sedan 2020. Vi arbetar också aktivt med immunsvaret i PWH INR (2). Vi har flera publikationer och en aktiv forskningslinje som sätter samman dessa två forskningslinjer.

Vi har tidigare genomfört en studie som analyserar sambandet mellan zinkplasmanivåer vid sjukhusinläggning och covid-19-prognos, under den första vågen av pandemierna. Vi fann en negativ korrelation mellan zinknivåerna och IL-6, såväl som med mortalitet. Vi fann också att zink verkade på viral replikation i verocellkulturer (14). Vi har nyligen genomfört en klinisk prövning (NCT05778383) vars preliminära resultat har rapporterats i CROI2023 #542. I denna studie observerade vi att högdos zinktillskott i den akuta fasen av SARS-coV-2-infektion är associerad med en bättre prognos för sjukdomen. Vi visade också ett onormalt immunsvar på vaccination bland INR (2). Därför har vi i virusinfektionssammanhang visat att zink har en antiviral och antiinflammatorisk effekt, vilket kan ha en fördel hos personer som lever med hiv, särskilt i INR-situationen.

Hypotes

Denna studie har flera hypoteser:

1. Relativt låga zinknivåer är vanliga i vår kohort av HIV-patienter och har en roll i sämre immunsvar och högre inflammatorisk respons.

2. Vi antar att zink har en inverkan i immunsystemet genom att återställa lymfocytantalet hos INR-hiv-individer och förbättra immunfunktionen och inflammation i samband med kronisk virusinfektion.

   Därför har zinktillskott i fysiologiska koncentrationer och rekommendationer en gynnsam inverkan på immunfunktionen, vilket minskar immunaktiveringen och minskar kronisk inflammation hos INR-hiv-individer.

3. Zinktillskott skyddar tarmslemhinnan från den cytopatiska effekten av virus, vilket delvis återställer tarmpermeabiliteten som induceras av HIV
4. Zinktillskott förbättrar oxidativ stress och mitokondriell funktion

Mål

Huvudsyftet är att studera de kliniska och immuna fördelarna med 16 veckors tillskott med zinkacetat hos individer av HIV-immunologiska icke-svarare. För att uppnå detta mål kommer en Randomized Clinical Trial (RCT) att utformas.

Syfte 1: Att utforma en dubbelblind randomiserad multicentrisk 2-armsstudie Följande parametrar kommer att mätas vid baslinjen och vecka 16 hos zinkkompletterade individer jämfört med kontroller:

• Primär: Förändring i CD4+ T-cellantal
• Sekundärt: Förändringar i livskvalitet förändras genom EuroQol-5D-3L, CD4+ CD8+ T-cellsaktivering, T-cellssubset, Torque Teno Virus replikering, IL-6, C-RP, Transcriptomics, ROS

Syfte 2. Att mäta persistens i förändringar i livskvalitet, immunfunktion, immunaktivering, inflammatoriska biomarkörer och mitokondriell funktion och ROS vid vecka 24 med avseende på vecka-16 och baseline. När det gäller: Förändringar i livskvalitet förändras genom EuroQol-5D-3L, CD4+ CD8+ T-cellsaktivering, T-cellssubset, Torque Teno Virus replikering, IL-6, C-RP, Transcriptomics, ROS

Metodiken är uppdelad i uppgifter.

Uppgift 1. Randomiserad klinisk prövning. En öppen randomiserad multicentrisk 2-armsstudie kommer att utformas. Deltagarna kommer prospektivt att registreras på två platser Hospital del Mar och Hospital Parc Taulí. I Znc Supplementation Group (Zn) kommer deltagarna att få Standard of Care (SoC) och separerade 12 timmar (ifall ART är baserad på Integrashämmare (INSTI)) kommer att kompletteras under 16 veckor med 75 mg elementärt Zn (3) tabletter (83 mg Zn-acetat) 249 mg zinkacetat Zink-NM; Vi har valt 75 mg elementärt Zn/d som oralt tillskott eftersom det har använts säkert i icke-HIV-studier med 1 års varaktighet vid denna koncentration utan allvarliga biverkningar (15). Behandlingsslutet (EoT) kommer att vara vid 16 veckor, men en uppföljning på upp till 24 veckor kommer att göras för att bedöma ihållande effekterna av Zn.

Primärt resultat

Ändra från baslinje till vecka 16 (primärt effektmått) och till vecka 24 (sekundärt effektmått) i följande parametrar:

• Zn-nivåer i plasma
• Inflammatoriska biomarkörer (IL-6, C-reaktivt protein, CD14, löslig receptor TNF-alfa, I-FABP, LBP)
• Immunfunktion:

Torque Teno Virus (TTV) Replikation: TTV:n kommer från familjen Anelloviridae och kan detekteras hos >90 % av friska personer (27,28) (3 till 6 log10 kopior/ml). Virusmängden återspeglar samspelet mellan TTV-replikation och antiviralt immunsvar, med en uppskattad daglig clearance på mer än 90 % av virionerna (29). Högre viral belastning i förhållande till HIV-negativ och en korrelation mellan TTV-virusmängd och CD4+-talet har beskrivits i PWH (30). Signifikant förhöjd TTV-plasmakoncentration hos patienter med minskad CD4+-cellåterhämtning indikerar en mer djupgående immundefekt. TTV-närvaro och replikering skulle kunna användas som ett surrogat av immunfunktion och svar på interventionen med zinktillskott (31) T-cellssubpopulationer: Att studera T-cellsfacket kan också ge en uppfattning om immunsystemets balans och funktion. CD4+/CD8+ T-celler och naiva, centralminne, effektorminne, TEMRA kommer att mätas.

Immunaktivering: Immunaktiveringsnivåer kan bestämmas genom att mäta uttrycket av CD38 och Ki67 i CD8+ och CD4+ T-lymfocyter. Utmattning: PD-1 förmedlar hämmande signaler till T-celler och PD-1 uppregleras selektivt av utmattade T-celler under kronisk virusinfektion (32). Förhöjda nivåer av PD-1 i INR jämfört med normala patienter har rapporterats (33).

ROS och mitokondriell funktion: Mitokondriell dysfunktion har varit inblandad i ett växande antal störningar. ROS genererad av mitokondrier har varit inblandad i flera processer som cancer, åldrande, hjärtinfarkt, hjärt-kärlsjukdom (38) frågeformulär för livskvalitet (EuroQol-5D-3L): EQ-5D-3L är ett etablerat och validerat frågeformulär om livskvalitet som används i många terapeutiska miljöer (34,35,36). Med sin lilla storlek på 5 föremål och en visuell analog skala gör dess korthet och användarvänlighet den väl lämpad för användning i klinisk forskning och praktik. Det finns en version validerad i den spanska befolkningen (37).

Sekundära resultat

• Förändring i transkriptomprofilen mellan baslinje och vecka 16 i förhållande till vecka 24 i helblodsprov

Säkerhetsändpunkter

• Incidens av biverkningar (AE)