in het onderzoek naar hiv/aids werden al grote sprongen gemaakt. door het gebruik van antivirale remmers is het niet langer een dodelijke ziekte. maar levenslang pillen slikken en jaarlijkse controles zijn niet alleen duur voor de sociale zekerheid, het blijft voor de patiënten een zware last om te dragen. de zoektocht naar een definitieve genezing van hiv-infectie staat dan ook hoog op de agenda van de aidsonderzoeker. de financiële middelen die hiervoor ter beschikking worden gesteld zijn echter lang niet toereikend.

Naar een genezing van hiv-infectie?

Zeger Debyser

In 1983 beschreven Luc Montagnier en Françoise Barré-Sinoussi van het Institut Pasteur in Parijs, hoe het verworven immunodeficiëntiesyndroom (aids) wordt veroorzaakt door het humaan immuundeficiëntievirus (hiv). Een humaan retrovirus is een virus dat zijn RNA-genoom omzet in DNA vooraleer dit DNA in te bouwen in het menselijke genoom. Dit was de oorzaak van een nieuwe mysterieuze ziekte waarbij jonge volwassenen op korte tijd stierven aan banale infecties omdat hun immuunsysteem het begaf. Snel hierna kon een bloedtest worden ontwikkeld om antistoffen tegen het virus op te sporen en bloedbanken veilig te stellen. Meteen begon ook de succesvolle zoektocht naar antivirale remmers, waarbij het Leuvense Rega-instituut overigens een hoofdrol zou spelen.

In 2017 kan men stellen dat hiv-onderzoek een van de meest succesvolle ondernemingen van de laatste dertig jaar is geweest. Van een nieuwe, fatale en besmettelijke ziekte werd niet alleen de oorzaak ontdekt, er werd ook een remmende medicatie voor ontwikkeld. Door middel van combinatietherapie, bestaande uit meerdere krachtige remmers van de virale replicatiecyclus, slagen we er vandaag in de vermenigvuldiging van het virus zo te onderdrukken dat er geen viruspartikels meer detecteerbaar zijn in het bloed van de patiënt. Patiënten die nauwgezet hun medicatie, inmiddels herleid tot één dagelijkse combipil, nemen, zijn symptoomvrij en kunnen hun professionele en sociale leven quasi normaal voortzetten. Omdat deze combinatietherapie ook ruim beschikbaar wordt gesteld in ontwikkelingslanden, zien we daar voor het eerst het aantal nieuwe infecties dalen. Doordat meer patiënten minder virus in het bloed hebben, besmetten ze minder nieuwe mensen. Veralgemeende behandeling blijkt dus de beste preventie. Hopelijk reserveren we in deze financieel benarde tijden genoeg geld om de geneesmiddelen wereldwijd toe te dienen aan hen die geïnfecteerd zijn.

Patiënten die nauwgezet hun medicatie nemen, zijn symptoomvrij en kunnen hun professionele en sociale leven quasi normaal voortzetten

Hiv is de echte ‘koningin’ onder de virussen. Het vermenigvuldigt zich immers in de cellen van ons immuunsysteem: de lymfocyten en macrofagen, de cellen die ons moeten verdedigen tegen virale infecties. Door die cellen te doden vernietigt hiv geleidelijk het verdedigingssysteem. Gedurende een tiental jaren slaagt ons beenmerg erin om voldoende nieuwe lymfocyten en macrofagen aan te maken. De patiënt is wel seropositief (heeft antistoffen in het bloed) en is besmettelijk, maar hij is niet ziek. Wanneer de aanmaak van nieuwe lymfocyten niet meer lukt, klapt het immuunsysteem in elkaar en krijgen allerlei banale virussen, parasieten en schimmels de bovenhand. De patiënt is dan in het aidsstadium terechtgekomen en sterft zonder behandeling binnen het jaar.

Hoe dringt hiv de cel binnen? Het enveloppe-eiwit van hiv, gp120, hecht zich als een enterhaak vast aan een receptor op de gastheercel. Ook co-receptoren spelen daarbij een rol. De zogenaamde R5-virusstammen gebruiken de CCR5 co-receptor, de X4-stammen de CXCR4 co-receptor. Na een fusie tussen de membranen van het virus en dat van de cel komt de inhoud van het virus vrij in de cel. Het viraal reverse transcriptase kopieert het erfelijke materiaal van het virus dat uit RNA bestaat tot dubbelstrengig DNA. Retrovirussen, zoals hiv, danken hun naam overigens aan dit enzym; het reverse transcriptase zet RNA om in DNA, wat in feite de omgekeerde beweging is aangezien het erfelijke materiaal (DNA) van de cel normaal wordt overgeschreven in boodschapper RNA. Deze virale DNA-kopie wordt in een eiwitcomplex getransporteerd doorheen de nucleopoor tot in de celkern. Nucleoporen zijn toegangspoorten tot de celkern. De toegang tot de celkern wordt strikt gereguleerd, maar hiv slaagt erin om zich als verstekeling binnen te laten smokkelen in de celkern. Eenmaal aangekomen in de celkern zal het viraal integrase de DNA-kopie stabiel inbouwen in het gastheergenoom. Eens ingebouwd wordt deze kopie van het virus (provirus genaamd) beschouwd als een eigen stukje DNA. In een geactiveerde lymfocyt zal dit hiv-provirus worden overgeschreven tot viraal RNA en virale eiwitten waardoor nieuwe viruspartikels worden gevormd ter hoogte van het celmembraan van de gastheercel. Deze partikels worden afgesnoerd en voorzien van een stukje celmembraan waarin de virale enterhaken zich bevinden. Het onrijpe viruspartikel rijpt verder uit door de inwerking van het viraal protease op de voorlopereiwitten. Massale productie van viruspartikels doodt de gastheercel. In rustende lymfocyten blijft het virus aanwezig in het DNA van de gastheercel en dochtercellen, ook al produceert het geen nieuwe viruspartikels.

Dit slapende virus, dat niet herkend wordt door het immuunsysteem en ongevoelig is voor antivirale medicatie, wordt latent genoemd en is een tikkende tijdbom. Wanneer de patiënt de medicatie onderbreekt, worden die slapende virussen geactiveerd zodat op een paar weken tijd weer massale hoeveelheden viruspartikels in het bloed circuleren en de patiënt weer besmettelijk is. Aangezien hiv bovendien slapend aanwezig is in de geheugenlymfocyten, die we ons hele leven met ons meedragen en wat als reservoir wordt bestempeld, blijft die tijdbom permanent doortikken en is de antivirale combinatietherapie obligaat levenslang. Hoeft het te verbazen dat patiënten willen genezen van dit virus?

Hoewel het succes van de antivirale therapie ongeveer gelijkloopt met het ontwikkelen van antivirale middelen tegen hiv-infectie, is het de behandeling van een andere chronische virusinfectie, namelijk deze veroorzaakt door het hepatitis C-virus (HCV), die met de pluim van genezing gaat lopen. Inderdaad, met nieuwe krachtige HCV-remmers slaagt men erin het virus op enkele maanden volledig te verwijderen uit het lichaam van de patiënt. Het feit dat HCV, een virus dat een RNA-genoom bezit, zich niet inbouwt in het genoom van de menselijke gastheercel, is de voor de hand liggende verklaring waarom dit voor HCV nu reeds lukt.

Timothy Ray Brown, meer bekend als de Berlijnse patiënt, is de enige die officieel genezen is verklaard van de hiv-infectie

Timothy Ray Brown, meer bekend als de Berlijnse patiënt, is de enige die officieel genezen is verklaard van de hiv-infectie. Brown, een Amerikaan die in Berlijn verbleef, kreeg antiretrovirale combinatietherapie voor een hiv-infectie, gediagnosticeerd in 1995. In 2007 onderging hij een stamceltransplantatie van een donor voor een acute leukemie. De behandelende arts selecteerde hiervoor een donor die een defecte CCR5-receptor op zijn lymfocyten had. Die zogenaamde CCR5∆32-deletie komt voor bij één procent van de Kaukasische bevolking en beschermt tegen infectie met R5-stammen van hiv. Hoewel Brown deze ingreep nauwelijks overleefde, en er zelfs een tweede transplantatie met dezelfde donor nodig was, herstelde zijn beenmerg uiteindelijk. Zijn antiretrovirale medicatie werd gestopt. Zeven jaar na de transplantatie blijkt hij genezen te zijn van leukemie en van zijn hiv-infectie.

De impact van deze casus is enorm. Hoewel stamceltransplantatie met donorbloed door zijn intrinsiek hoge mortaliteit niet veralgemeend kan worden toegepast, heeft deze casus tot klinische studies geleid waarin men stappen uit het proces, zoals de beenmergtransplantatie, heeft nagebootst, vooralsnog zonder blijvend succes. Bovenal heeft deze casus patiënten, artsen en onderzoekers hoop gegeven dat hiv uiteindelijk genezen zal kunnen worden. Die hoop is de brandstof waarmee onderzoekers wereldwijd verschillende onderzoekpistes draaiende houden.

Er worden inderdaad verschillende wegen voor de uitroeiing van hiv bewandeld: ‘Let a thousand flowers bloom’. Een eerste strategie bestaat erin om immuuncellen van de patiënt resistent te maken tegen de hiv-infectie. Men vertrekt vanuit het concept dat dit hiv-gevoelige cellen zal vernietigen en er zo een selectie van de resistente immuuncellen in de patiënt zal plaatsvinden. In navolging van de Berlijnse casus richt men zich dan voornamelijk op de CCR5 co-receptor. Via gentechnologie kan men deze receptor uitschakelen door breuken te veroorzaken in het gen. Eerst deed men dit met de zogenaamde zinkvingers, daarna met TALENS, nu met de CRISPR/Cas-technologie. Zonder in detail te gaan (we kunnen hier verwijzen naar het artikel ‘CRISPR/Cas9, de geknipte oplossing voor genetische manipulatie’ van Philip Roelandt in Karakter 52) gebruikt men steeds verfijndere biotechnologie om DNA-breuken te veroorzaken in het erfelijke materiaal dat codeert voor de co-receptor. Men hoopt dat bij het lijmen van deze breuk door cellulaire herstelmechanismen onherstelbare fouten ontstaan, waardoor de functionele co-receptor niet meer wordt aangemaakt. De technologie wordt steeds verfijnder, maar is verre van volmaakt. Men kan namelijk niet uitsluiten dat ook elders in het genoom breuken ontstaan en naar de exacte aard van de breuk in de doelwitreceptor heeft men toch nog het raden. Niettemin werd deze techniek reeds toegepast bij patiënten. Eigen immuuncellen van hiv-patiënten werden met zinkvingerknipenzymen behandeld. Na verstoring van het CCR5-gen werden ze opnieuw toegediend aan de patiënt. Men stelde in sommige patiënten een langere overleving van deze gewijzigde cellen voor. Omdat de gewijzigde immuuncellen slechts een beperkte overlevingsduur hebben, probeert men deze strategie ook op bloedstamcellen uit. Naast het CCR5-gen, wil men ook het CXCR4-gen uitschakelen om resistentie tegen alle hiv-stammen te verkrijgen. Wil deze strategie volledig slagen, dan zal men echter (zoals bij de Berlijnse patiënt) het immuunsysteem van de patiënt volledig resistent moeten maken tegen hiv.

Een tweede futuristische strategie bestaat erin om het slapende provirus uit te knippen in alle cellen van het immunologische geheugen. Technologie om virussen uit te knippen in celcultuur (onder meer via CRISPR/Cas) bestaat. Technologie om deze knipenzymes af te leveren in alle besmette cellen van het lichaam van de patiënt bestaat nog niet. Bovendien blijkt het virus in celcultuur snel resistentie te ontwikkelen tegen deze aanpak.

De meest populaire technologie vandaag is de zogenaamde ‘purgeer en dood’-aanpak. Het hiv-provirus blijft slapend aanwezig in het DNA van de gastheercel omdat het stukje erfelijke materiaal dat genen wakker maakt (de promotor) niet wordt geactiveerd. Het hiv-provirus is bovendien onderhevig aan cellulaire sluimermechanismen waarbij histonen, eiwitten waarrond het erfelijke materiaal wordt ingepakt, worden geïnactiveerd. Die histonen hebben staarten met het aminozuur lysine. Als aan de positief geladen lysines een azijnzuur wordt gekoppeld en de lading verdwijnt, zal het erfelijke materiaal ontwinden waardoor het wordt geactiveerd en genetisch materiaal wordt overgeschreven tot eiwitten en nieuwe virussen. Histonacetylatie zal dus leiden tot genactivatie en virusproductie. Histonen worden in de cel geacetyleerd door bepaalde enzymen (histonacetyltransferasen (HAT)) en gedeacetyleerd door weer andere enzymen (histondeacetylasen (HDAC)). Nu heeft men remmers ontwikkeld van HDAC, de zogenaamde HDAC-inhibitoren, die onder andere gebruikt worden in de behandeling van kanker. Die HDAC-inhibitoren zorgen voor acetylatie van histonen en dus genactivatie. Het provirus wordt als het ware uit zijn slaap wakker geschud. De purgeertechniek bestaat er nu in om hiv-patiënten HDAC-inhibitoren te geven gedurende enkele weken. Histondeacetylatie wordt geremd, histonacetylatie en genactivatie worden gestimuleerd. Op die wijze hoopt men slapend het hiv-provirus ook te activeren. De besmetting van naburige cellen wordt verhinderd door de antivirale medicatie die de patiënt blijft innemen. De geactiveerde cellen worden vernietigd door de virusreplicatie of door het immuunsysteem dat het ontwakende virus zal herkennen. Een mooie theorie, met zeer veel aanhangers, maar met tot dusver weinig klinisch meetbaar succes. Blijkbaar wordt een aanzienlijk deel van het slapende virus niet geactiveerd en bovendien worden de geactiveerde cellen niet voldoende opgeruimd door het immuunsysteem.

Momenteel woedt het debat onder hiv-onderzoekers of de plaats waar hiv zich inbouwt in het menselijke genoom belangrijk is

Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder de onze, bewandelen een andere weg. Momenteel woedt het debat onder hiv-onderzoekers of de plaats waar hiv zich inbouwt in het menselijke genoom belangrijk is. Vroeger basisonderzoek heeft ons geleerd hoe hiv zich inbouwt in het menselijke genoom. Het doet daarvoor een beroep op een eiwit van de cel, het LEDGF/p75-eiwit, dat het virus als een ware enterhaak vasthecht aan bepaalde plaatsen van het genoom. LEDGF/p75 leest het erfelijke materiaal; door bepaalde methylatiepatronen van de histonen te herkennen bindt het aan genregio’s waar mRNA actief wordt overgeschreven. Door hiv te richten naar actieve genregio’s is transcriptie en dus ook vermenigvuldiging van het virus verzekerd. LEDGF/p75 fungeert dus als de gps van het virus. Enkele jaren geleden ontwikkelde onze onderzoeksgroep kleine moleculen, de LEDGINs genaamd, die interfereren met deze vasthechting door de interactie tussen HIV-1 integrase en LEDGF/p75 tegen te gaan. Recent gepubliceerde resultaten tonen aan dat hierbij ook de integratieplaats van het virus wijzigt (zie referentie 1). Hiv bouwt zich nu in op plaatsen van het genoom die minder vatbaar zijn voor genreactivatie. LEDGIN-medicatie zou aanleiding kunnen geven tot hiv-reservoirs, die na onderbreking van de antivirale medicatie niet meer vatbaar zullen zijn voor reactivatie. De patiënt zou dan kunnen stoppen met therapie en functioneel genezen zijn. Hoewel de resultaten in celcultuur overtuigend zijn, moeten we de collegae in ons onderzoeksveld overtuigen van deze nieuwe zienswijze die schijnbaar afwijkt van de heersende ‘purge and kill’-methode. Studies in een gehumaniseerd muismodel zijn hiervoor nodig. Ten slotte zullen patiëntenstudies vereist zijn om dit nieuwe paradigma te bewijzen in de kliniek. Wij hebben deze strategie alvast ‘rem en blok’ (‘block and lock’) gedoopt. Hoopgevend is de recente studie van een Spaanse groep die hiv van een barcode kon voorzien en in celculturen kon aantonen dat de plaats van inbouw correleerde met de activiteit van het ingebouwde virus (zie referentie 2).

De roep om genezing door hiv-geïnfecteerden, patiëntenorganisaties, artsen, onderzoekers en bedrijven is in de Verenigde Staten duidelijk gehoord. Zowel de overheid (NIH) als private organisaties (amfAR) stellen specifieke fondsen ter beschikking voor het onderzoek naar een genezing van de hiv-infectie. Specifieke congressen worden georganiseerd en tijdschriften opgericht. Maar Europa blijft Oost-Indisch doof. Zelfs het lobbywerk van vermaarde aidsonderzoekers en activisten haalt niets uit. De Europese commissie stelt vooralsnog geen middelen ter beschikking voor het onderzoek naar de genezing van hiv. Dit kadert in het licht van een groeiende onvrede van Europese onderzoekers over het Europese onderzoeksbeleid. De Verenigde Staten keek jarenlang met na-ijver naar onze succesvolle internationale, collaboratieve strategische onderzoeksprojecten en is ze zelfs beginnen te kopiëren. Wij stapten enerzijds over op individuele financiering voor excellente basisonderzoekers bij het ERC en anderzijds op zeer toegepast of klinisch onderzoek. Het multinationale strategische basisonderzoek dat fundamenteel onderzoek naar toepassingen brengt wordt momenteel verwaarloosd. Daarom zijn er wellicht ook geen middelen voor het basisonderzoek naar de genezing van hiv. Ook qua onderzoeksbeleid loopt er dus een en ander grondig mis in het avondland.

Want natuurlijk hebben geïnfecteerden recht op genezing. Levenslang pillen slikken en jaarlijkse controles zijn niet alleen kostelijk voor onze sociale zekerheid, het blijft ook een zware last om dragen. Door het gebruik van antivirale remmers is hiv niet langer dodelijk waardoor meer en meer hiv-geïnfecteerden in leven blijven. Hiv-infectie blijft (jammer genoeg) een ziekte waarrond een taboe heerst, en waarmee men dus niet zomaar te koop loopt. Bovendien heeft therapie-ontrouw mogelijke desastreuze gevolgen: de partner kan worden besmet en het virus kan resistent worden tegen de bestaande geneesmiddelen wanneer de bloedspiegels dalen. Bovendien hebben wij als aidsonderzoekers de morele plicht om de resultaten van ons basisonderzoek, gefinancierd met schaarse publieke middelen, aan te wenden, niet zozeer voor weer eens een mooie publicatie of wetenschappelijke prijs, maar voor de zoektocht naar een definitieve genezing van de hiv-infectie.

Lenard S. Vranckx, Jonas Demeulemeester, Suha Saleh, Annegret Boll, Gerlinde Vansant, Rik Schrijvers, Caroline Weydert, Emilie Battivelli, Eric Verdin, Anna Cereseto, Frank Christ, Rik Gijsbers, Zeger Debyser, ‘LEDGIN-mediated inhibition of integrase-LEDGF/p75 interaction reduces reactivation of residual latent HIV’, in: EBioMedicine, 2016, 8, 248-264.
Heng-Chang Chen, Javier P. Martinez, Eduaord Zorita, Andreas Meyerhans, Guillaume J. Filion, ‘Position effects influence HIV latency reversal’, in: Nature Structural & Molecular Biology, 2017, 24, 47-54, doi: 10.1038/nsmb.3328.

Zeger Debyser is als viroloog verbonden aan de KU Leuven.