Infección por el SARS-CoV-2

Pregunta No.1

¿En el SARS-COV-2 es importante conocer el mecanismo de ingreso a la célula para comprender la patogenia de la COVID-19?

La secuenciación del genoma del virus de cinco pacientes con neumonía hospitalizados del 18 al 29 de diciembre de 2019 en Wuhan, China, reveló la presencia de una cepa de β-CoV, previamente desconocida en todos ellos.

Este nuevo β-CoV aislado mostró un 88 % de identidad con la secuencia de dos coronavirus; el síndrome respiratorio agudo (SARS-CoV) derivado de murciélagos, bat-SL-CoVZC45 y bat-SL-CoVZXC21.

Y aproximadamente un 50 % de identidad con la secuencia del síndrome respiratorio agudo de oriente medio (MERS-CoV). El nuevo β-CoV fue denominado entonces “SARS-CoV-2” por la Comisión Internacional de Clasificación de Virus (25).

Los primeros informes reportados sobre la vigilancia genómica de las muestras clínicas de nueve pacientes con neumonía viral en Wuhan, China, mostraron al análisis filogenético secuenciado que el virus pertenece al subgénero Sarbecovirus 2019-nCoV.

Fue más similar a las dos cepas de coronavirus derivadas de murciélagos que a las cepas de los humanos infectados por otros coronavirus, y a la cepa del virus SARS-CoV que causó el brote en 2003.

Epidemiológicamente ocho de los nueve pacientes del estudio tenían un historial de exposición al mercado de mariscos de Huanan en Wuhan, lo que sugiere que podrían haber estado en contacto con la fuente de infección en el mercado. Sin embargo, un paciente nunca había visitado el mercado, aunque se había alojado en un hotel cercano antes del inicio de su enfermedad (26).

Los Betacoronavirus humanos (SARS-CoV-2, SARSCoV y MERS-CoV) tienen muchas similitudes, pero también tienen diferencias en su estructura genómica y fenotípica que pueden influir en su patogenia.

Se ha reportado en la literatura que genéticamente, SARSCoV- 2 es menos similar al SARS-CoV en alrededor del 79 % y al MERS-CoV en alrededor del 50 %. Además, que la disposición de las proteínas entre los Betacoronavirus, la nucleocápside (N), la proteína de la envoltura (E) y la proteína de la membrana (M) son diferentes, lo que explica los comportamientos y manifestaciones clínicas entre estos virus (27).

En la disposición de las cuatro proteínas estructurales esenciales para el ensamblaje del virión y la infección de CoV, la proteína S (superficie) forma “los picos” en la superficie viral, que son responsables de la unión a los receptores del huésped a través de la Enzima Convertidora de Angiotensina-2 (ACE-2).

La proteína M (de membrana) tiene tres dominios transmembrana y da forma a los viriones, promueve la curvatura de la membrana y se une a la nucleocápside.

La proteína E (de envoltura o pericapside) juega un papel en el ensamblaje y la liberación del virus, y participa en la patogénesis viral, la proteína N (nucleocápside) contiene dos dominios, los cuales pueden unirse al genoma del ARN del virus a través de diferentes mecanismos (28).

El receptor del huésped conocido para los Betacoronavirus es la ACE-2. Todos los CoV codifican una glicoproteína de superficie (S) pico, que se une a este receptor del huésped para mediar la entrada viral.

Para los Betacoronavirus, una sola región de la proteína de pico llamada dominio de unión al receptor (RBD), media la interacción con el receptor de la célula huésped.

Después de unirse al receptor, una proteína endotelial, serina-tipo 2 de la proteasa de la transmembrana proteína (TMPRSS2) del huésped, libera un péptido de fusión a la glicoproteína de superficie (S) pico, lo que facilita la entrada del virus (29).

El SARS-CoV-2 utiliza el receptor ACE-2 al igual que el SARS-CoV para la entrada a la célula y la serina proteasa TMPRSS2 para el cebado de la proteína S (glicoproteína de superficie) (30).

Un estudio realizado con microscopia electrónica (crio-EM) con el SARSCoV mostró cómo la estructura de la glicoproteína de superficie (S) de este virus establece un complejo con el receptor ACE-2 de la célula huésped, observándose que sólo un dominio de unión al receptor (RBD) de la glicoproteína S trimérica se une. Este resultado proporcionó conocimiento para entender el mecanismo de la entrada del virus SARS-CoV a la célula (31).

En cuanto al receptor ACE-2 se ha publicado que la mucosa de la cavidad oral podía expresar el ACE-2, siendo más alta la expresión en lengua que en otros sitios orales. Otras células humanas que expresan ACE-2 en general, se encuentran en pulmón, intestino, corazón y riñón. La expresión de ACE-2 en el pulmón se concentra en una pequeña población de células alveolares de tipo II (AT2) (32-33). Una vez ingresa el virus al organismo inicia su respuesta inmunológica con los macrófagos, los cuales presentan antígenos CoV a las células T. Este proceso conduce a la activación y diferenciación de las células T, y a la producción de citocinas asociadas con los diferentes subconjuntos de células T.

La producción continua de estos mediadores debido a la persistencia viral tiene un efecto negativo sobre la activación de las células T, natural Killer (NK) y T CD8. Sin embargo, las células T CD8 producen mediadores muy eficaces para eliminar CoV (34).

La inmunidad humoral es esencial para el control de la fase persistente de la infección por CoV, a través del sistema del complemento, debido a que proporciona un mecanismo de detección y respuesta al sistema inmunológico para que responda a antígenos extraños.

El complemento C3a y C5a tienen potentes propiedades proinflamatorias y puede desencadenar el reclutamiento de células inflamatorias y la activación de neutrófilos (35).

En un estudio que evaluó la inmunidad innata, se observó que la linfopenia causada por la infección viral del SARS – CoV -2 puede ocurrir por tres mecanismos: 1) por reducción de la producción de linfocitos o la linfopoyesis alterada, 2) por apoptosis y destrucción de linfocitos, y 3) por redistribución de los linfocitos con unión al endotelio vascular (fenómeno similar a la marginación de los neutrófilos).

Estos mecanismos pueden conducir a una disminución de los linfocitos circulantes y explican la linfopenia en los pacientes con la COVID-19 (36).

Los anticuerpos IgM y IgG y su respuesta fueron evaluados a través de un estudio en 173 pacientes con infección por SARS-CoV-2. Se observó que la tasa de seroconversión y los niveles de anticuerpos aumentaron rápidamente durante las primeras dos semanas.

La tasa de seropositividad acumulada alcanzó 50 % en el día 11 y 100 % en el día 39 de los anticuerpos totales, IgM e IgG respectivamente (p < 0,05). Se concluyó que algunos pacientes con ARN indetectable por prueba de RT- PCR en la primera semana, podrían ser examinados a través de la prueba de anticuerpos (37).

En cuanto a los linfocitos CD4 +T y los CD8 + T (inmunidad adaptativa) que juegan un papel antiviral significativo, en un metaanálisis en el que se consideraron 13 estudios que incluyeron un número total de 1.647 pacientes con la COVID-19, se distinguieron grupos graves y no graves, grupos de UCI y no UCI, grupos de fallecidos y supervivientes.

Los datos de los recuentos de CD4 + T, CD8 + T se redujeron significativamente en el grupo de COVID-19 grave en comparación con el grupo no grave. Los T CD4 + y los T CD8 + muestran que juegan un papel vital en el mantenimiento de la función inmunológica y la eliminación viral (38-39) (Tabla 2).

Especies reactivas del oxígeno (ero ) y el SARS-CoV-2

Pregunta No. 2

¿El SARS-CoV-2 genera una acción prooxidante que perpetúa el daño celular por la producción de especies reactivas del oxígeno y estrés oxidativo en la COVID- 19?

Las especies reactivas del oxígeno (ERO) o radicales libres del oxígeno son “mediadores de la respuesta inflamatoria que activan la señalización celular, aumentando la producción y liberación de citocinas proinflamatorias, manteniendo así la respuesta inflamatoria” (40). El estrés oxidativo es el resultado de la disminución de los niveles de antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos que perpetúan el daño celular a nivel del ADN, lípidos y proteínas de la membrana celular (41).

En la COVID-19 parece que el estrés oxidativo ocasionado por el aumento de los radicales libres de oxígeno, es decir, de las especies reactivas del oxígeno (ERO) juega un papel en la patogénesis de la tormenta de citocinas, en el mecanismo de coagulación y la exacerbación de la hipoxia. Esta evidencia indica una importante participación del estrés oxidativo en la patogénesis de la infección viral SARS-CoV-2 y la lesión tisular, incluida la disfunción mitocondrial (42). Las mitocondrias son el centro de la homeostasis oxidativa celular; al perder su equilibrio son generadoras de ERO. El estado inflamatorio y oxidativo elevado puede llevar a la disfunción y el estrés oxidativo mitocondrial, que puede contribuir a la disbiosis o desbalance del equilibrio de la microbiota intestinal, alimentando la respuesta inflamatoria y oxidativa. (43).

El papel de las especies reactivas del oxígeno (ERO) en la patogénesis de las infecciones virales, ha sido un área de investigación que ha cobrado importancia desde los años 90s con la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) (44).

La atención de los estudios se ha centrado en tres clases de virus: Los virus de ARN, los virus de ADN y los retrovirus, con especial atención a los virus de la influenza, el virus de la hepatitis B y el VIH como ejemplos representativos de estas tres clases de virus (45).

En el virus VIH se ha estudiado el efecto sobre la activación de células fagocíticas en la liberación de las ERO y citocinas proinflamatorias y el factor de necrosis tumoral. También se ha estudiado el efecto en la inhibición de antioxidantes enzimáticos como superóxido dismutasa (SOD) y aumento de prooxidantes tales como óxido nítrico (NO) y el estado redox de la célula (46).

Los virus respiratorios, entre ellos el SARS-CoV-2, inducen una formación de ERO o radicales libres de oxígeno de forma desregulada como resultado del aumento del reclutamiento de células inflamatorias en el sitio de infección. Además, las infecciones virales alteran los mecanismos antioxidantes generando una acción prooxidante, lo que conduce a un estado oxidativo-antioxidante desequilibrado y el consiguiente daño celular oxidativo (47).

El SARS-Cov-2, al desencadenar la infección viral hace que el sistema inmune innato (macrófagos, dendritas, monocitos) detecte la infección mediante receptores de reconocimiento de patrones (PRRs), receptores que identifican moléculas intrínsecas presentes en los patógenos. Entre los PRRs conocidos en la actualidad se incluyen principalmente los receptores tipo toll (TLR), que activan una respuesta prooxidante de los macrófagos, que da lugar a la activación del TNF-α y del NADPH- oxidasa en los leucocitos, y que a su vez median la producción de especies reactivas del oxígeno (ERO) (48).

En los pacientes con la COVID-19 el estado hiperinflamatorio denominado “tormenta de citocinas”, que implica importantes perturbaciones sistémicas en el huésped, tales como la desregulación del hierro que se manifiesta como hiperferritinemia asociada con la gravedad de la enfermedad, induce la producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) y promueve el estrés oxidativo (49).

La óxido nítrico-sintasa es una enzima inducible en los neutrófilos, que al ser activada produce radicales libres de oxígeno capaces de combinarse con el óxido nítrico (NO) para dar sustancias mucho más tóxicas que el propio NO, tales como el peroxinitrito (OONO), aumentando así el estrés nitrosativo.

La neutrofilia genera un exceso de especies reactivas del oxígeno (ERO) que exacerba la respuesta inmunopatológica del huésped, resultando en una enfermedad más severa. La alta proporción de neutrófilos observada en pacientes críticamente enfermos con la COVID-19, promueve una cascada de eventos biológicos que impulsa la respuesta patológica e induce daño tisular, trombosis y disfunción de los glóbulos rojos, lo que contribuye a la gravedad de la COVID-19.

La acción deletérea de las ERO sobre las funciones de las células pulmonares como de los glóbulos rojos (RBC) puede verse como un contribuyente importante a la insuficiencia respiratoria hipóxica, observada en los casos más graves de la COVID-19, siendo su efecto dañino sobre las células endoteliales y epiteliales alveolares, con endotelitis procoagulativa, y exceso de ERO (50).

La producción abrumadora de especies reactivas del oxígeno o radicales libres de oxígeno en las células pulmonares resulta en estrés oxidativo y conduce a la COVID-19 severa, aumentando la formación de trampas extracelulares de neutrófilos (NET) dentro de los microvasos (51).

La agregación intravascular de NET conduce a una rápida oclusión de los vasos afectados, alterando la microcirculación y generando daño orgánico. Los granulocitos neutrófilos están fuertemente activados y adoptan el llamado fenotipo de baja densidad, propenso a formar NET espontáneamente. La histopatología de los pulmones y otros órganos de pacientes con la COVID-19 ha mostrado congestión de numerosos microvasos por NET agregados y asociados con daño endotelial por radicales libres del nitrógeno como el óxido nítrico (NO) y el estrés nitrosativo (52).

Recientemente se ha propuesto que la COVID-19 es una enfermedad endotelial. De hecho, el virus SARSCoV- 2 se une a la enzima convertidora de angiotensina tipo 2 (ACE-2) que se expresa en las células endoteliales. La ACE-2 podría estar implicada también en la producción de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno, causado por la disfunción endotelial debida al daño viral y asociada al estrés nitrosativo. En consecuencia, el estrés oxidativo/nitrosativo podría preparar estas células para adquirir un fenotipo protrombótico y proinflamatorio, lo que predispondría a los pacientes a eventos tromboembólicos y vasculíticos y a la coagulopatía intravascular diseminada (CID) (53).

El retículo endoplásmico (RE) liso o rugoso (contiene los ribosomas) es otro generador de especies reactivas del oxígeno (ERO).

El estrés oxidativo del retículo endoplásmico activa señales proinflamatorias y formación de inflamasomas, lo que sugiere que el estrés del RE ejerce efectos inmunogénicos y puede ser activado por exceso de lípidos o citocinas proinflamatorias (54- 55). Las especies reactivas del oxígeno (ERO) o radicales libres de oxígeno son perjudiciales para las células; conducen a la muerte celular programada (PCD) a altas concentraciones. No obstante, a bajas concentraciones las ERO o radicales libres de oxígeno pueden actuar como moléculas de señalización en una variedad de procesos celulares fisiológicos (56) (Tabla 3). (Lea También: Aspectos Clínicos del Tratamiento de la Lepra en Atención Primaria)

Respuesta inflamatoria en sars-cov-2.

Pregunta No. 3

¿En la enfermedad COVI-19, la tormenta de citoquinas es determinante en la respuesta inflamatoria ocasionada por el virus SARS-CoV-2?

La infección-inflamación es la parte esencial de una respuesta inmunitaria eficaz. Es difícil eliminar las infecciones con éxito, sin inflamación. La respuesta inflamatoria comienza con un reconocimiento inicial del patógeno. Luego, los patógenos median en el reclutamiento de células inmunes, lo cual elimina los patógenos y finalmente conduce a la reparación del tejido y la restauración de la homeostasia.

El SARS-CoV-2 induce infección e inflamación generando respuestas de citocinas excesivas y prolongadas en algunos individuos infectados, lo que se conoce como tormenta de citocinas, causa del SDRA y disfunción multiorgánica, que conduce al deterioro fisiológico y la muerte. (57).

Existe una amplia comunicación cruzada entre la coagulación y la inflamación, por lo que la activación de un sistema puede amplificar la activación del otro, y ambos generar daño tisular o incluso fallo multiorgánico.

El Factor tisular (TF) es el nexo entre la coagulación y la inflamación, lo que proporciona un desencadenante para el inicio de la respuesta del huésped a la lesión por invasión del patógeno (58). Una relación de coagulación y la inflamación lo muestra un estudio retrospectivo con 183 pacientes con neumonía por el nuevo coronavirus (NCP).

Los pacientes que no sobrevivieron revelaron niveles significativamente más altos de dímero D y producto de degradación de fibrina (FDP), con mayor tiempo de protrombina y tiempo de tromboplastina parcial activada, en comparación con los que sobrevivieron (p <0,05).

El 71,4 % de los no sobrevivientes y el 0,6 % de los sobrevivientes cumplieron los criterios de coagulación intravascular diseminada durante su estancia hospitalaria, lo cual muestra que el dímero D y la FDP estuvieron marcadamente elevados y asociados en las muertes con NCP (59).

Otro estudio de cohorte retrospectiva encontró que la edad avanzada, niveles de dímero D mayores de 1 μg / ml y una puntuación SOFA más alta al ingreso se asociaron con mayores probabilidades de muerte intrahospitalaria. Además, los niveles elevados de IL-6 en sangre, troponina I cardíaca de alta sensibilidad y lactato deshidrogenasa y linfopenia, se observaron con mayor frecuencia en la enfermedad grave por la COVID-19 (60).

En los casos severos de la COVID-19 los niveles del dímero D están elevados y otros indicadores de coagulación como el tiempo de protombina y fibrinógeno se ven afectados. Se ha sugerido que el aumento de los niveles séricos de estos marcadores refleja un estado de hipercoagulabilidad que indican un mal pronóstico en la COVID-19.

Estos biomarcadores inflamatorios y de coagulación muestran la relación estrecha entre infección-inflamación e infección-coagulación. La respuesta inflamatoria sobreactivada se asocia con la hipercoagulabilidad e infiltración excesiva de células inflamatorias del tejido pulmonar, llevando a lesión pulmonar que agrava la COVID-19 (61).

Las citocinas proinflamatorias, incluidas IL-2, IFN-γ, IL-6, pueden promover un estado de hipercoagulabilidad a favor de la formación de trombos, mientras que las citocinas antiinflamatorias, IL-10, realizan actividades anticoagulantes que previenen eventos trombóticos vasculares.

En el caso de la COVID-19 grave, la liberación excesiva de citocinas proinflamatorias puede contribuir a la activación de la cascada de coagulación.

La trombina, esencial en la cascada de la coagulación, no solo media la formación del coágulo de sangre al convertir el fibrinógeno en fibrina, sino que también puede actuar sobre los receptores activados para amplificar la inflamación (62).

Las respuestas inmunitarias desreguladas en la COVID-19 podrían conducir al virus a provocar una respuesta inflamatoria sobreactivada y una liberación excesiva de citocinas, favoreciendo la relación infeccióninflamación- coagulación (63).

Durante la infección por SARS-CoV y MERS-CoV la respuesta inmune del huésped y la producción sobreexpresada de citocinas inflamatorias, conocida como tormenta de citocinas, se correlaciona con la gravedad de la enfermedad y el mal pronóstico (64).

En pacientes con SARS-CoV-2 se ha logrado demostrar, a través de un estudio de análisis transcriptómicos (expresión de genes transcritos en una célula) que la expresión de un gran número de citocinas, incluidas las citocinas proinflamatorias, están significativamente elevadas en muestras de BALF (lavado broncoalveolar) en pacientes con la COVID-19, en comparación con sus controles. También se observó un aumento de la transcripción de los respectivos receptores de quimocinas (65).

Se cree que con el SARS-Cov la infección viral suele causar alteraciones masivas en el transcriptoma del huésped, que conducen a un metabolismo aberrante de la célula del huésped y a una respuesta inmune no modulada, ideal para la replicación viral (66).

Los pacientes que sobreviven a esta respuesta inmune aberrante y excesiva, presentan daño pulmonar y fibrosis a largo plazo, que provoca discapacidad funcional con una reducción de la calidad de vida (67).

El diagnóstico y manejo de la tormenta de citocinas son clínicamente desafiantes y controvertidas debido a la falta de un tratamiento probado.

Se han utilizado como estrategias terapéuticas inmunomoduladoras el trasplante intravenoso de células madre mesenquimales (CMM), que poseen una potente función inmunomoduladora (68); fármacos como el Inhibidor del receptor de IL-6 (anti-IL6R) tocilizumab, que reduce la respuesta inflamatoria y reactantes de fase aguda de la inflamación (69-70); ensayos in vitro que han mostrado que el SARS-CoV-2 tiene mayor sensibilidad a interferón de Tipo I (IFN-I); se ha observado que pacientes con infección leve/moderada por SARS-CoV-2 se asocian con una potente respuesta de IFN-I (71) (Tabla 4).

Comentario

La enfermedad COVID-19 generada por el nuevo coronavirus el SARS-CoV-2 de la familia de los Betacoronavirus, tiene algunas similitudes con el SARS-CoV y el MERS-CoV; son virus zoonóticos (se transmiten de animales a humanos), periodo de incubación y mecanismo de trasmisión.

De acuerdo con el comportamiento del genoma del virus, el comportamiento inmunológico del huésped, el ingreso del virus a la célula y la carga viral, se puede empezar a entender las variaciones en la respuesta clínica de cada paciente.

Las características clínicas de la COVID-19 que imitan las del SARS-CoV, en lo reportado muestra que la fiebre y la tos son los síntomas dominantes y los síntomas gastrointestinales son poco comunes, lo que sugiere una diferencia en el tropismo viral en comparación con el SARS-CoV, MERS-CoV y la influenza estacional.

El SARS.CoV-2 tiene similitud con SARS-CoV, MERS-CoV en la forma como se expresa en las células humanas con receptores ACE2 (Enzima Convertidora de Angiotensina-2) a través del dominio de unión del receptor de la proteína “S”.

Las investigaciones de la respuesta inmunológica de los coronavirus SARS-CoV y MERS-CoV:

Han aportado -para el entendimiento de la respuesta inmune en la infección por el SARS-CoV-2- que los tres virus tienen respuesta inflamatoria con expresión de citocinas, siendo más explosiva y sobreactiva en el SARS-CoV-2, generando una tormenta de citoquinas desregulada y asociada al daño pulmonar. En el SARS-CoV, el MERS-CoV y el SARS-CoV-2, el órgano blanco de afectación principal es el pulmón, generando el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA).

El SARS-CoV-2 genera la COVID-19 grave con sepsis, disfunción multiorgánica, choque y muerte. Ha mostrado ser más agresiva y letal que el SARS-CoV y el MERS-CoV.

Los Betacoronavirus SARS-CoV, MERS-CoV y otros virus de RNA y el SARS-CoV-2 tienen un efecto prooxidativo celular con la consecuente producción de especies reactivas del oxígeno o radicales libres del oxígeno, estrés oxidativo, pérdida del sistema de regulación antioxidante, y acción proinflamatoria y procoagulante.

Conclusión

Los procesos inmunológicos, infecciosos, de inflamación y de coagulación en la COVID-19 asociados con la producción de ERO o radicales libres de oxígeno, ayudan a comprender y entender el nivel de gravedad, la asociación con la respuesta proinflamatoria y procoagulante, el estrés oxidativo y la perpetuación del daño ocasionado por SARS-CoV-2. Actualmente se asocia con la tormenta de citoquinas y con la presencia de especies reactivas del oxígeno y el estrés oxidativo en pacientes críticos con la COVID-19.

La actual pandemia provocada por la COVID-19 representa un buen ejemplo de infección vírica asociada con una acción prooxidativa celular, infección, inflamación, coagulación con aumento de especies reactivas del oxígeno, estrés oxidativo y pérdida del sistema antioxidante, como coadyuvante de la enfermedad.

Aún no se puede determinar si la acumulación y aumento de radicales libres o de especies reactivas del oxígeno son la causa o la consecuencia de la perpetuación del daño ocasionado con el SARS CoV-2.

Debido a que no se cuenta con una cuantificación cualitativa de radicales libres de oxígeno ni de nitrógeno, de niveles de antioxidantes enzimático o no enzimáticos que permitan hacer hipótesis y generar conclusiones, esta revisión descriptiva muestra que, las especies reactivas del oxígeno, el estrés oxidativo y la defensa antioxidante son relevantes para tener en cuenta en la respuesta inflamatoria generada por el SARS-Cov-2.

Conflicto de interés

Declaro no tener ningún tipo de conflicto de interés en esta presentación.

Financiación

Declaro no haber tenido ningún tipo de financiación para este escrito.

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Recibido: Mayo 10, 2021
Aceptado: Agosto 02, 2021

Correspondencia:
Rubén Darío Camargo Rubio
rcamargorubio@gmail.com