Como uma toxina viral pode exacerbar o COVID-19 grave

UMA novo estudo no jornal Natureza Comunicações revela como uma toxina viral produzida pelo vírus SARS-CoV-2 pode contribuir para infecções graves por COVID-19.

O estudo mostra como uma parte do SARS-CoV-2 “Espigão” proteína pode danificar as barreiras celulares que revestem o interior dos vasos sanguíneos dentro de órgãos do corpo, como os pulmões, contribuindo para o que é conhecido como vascular vazar. Bloquear a atividade dessa proteína pode ajudar a prevenir alguns dos sintomas mais mortais do COVID-19, incluindo edema pulmonar, que contribui para a síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA).

“Em teoria, ao visar especificamente esta via, poderíamos bloquear a patogênese que leva ao distúrbio vascular e à síndrome do desconforto respiratório agudo sem a necessidade de atingir o vírus em si”, disse o principal autor do estudo, Scott Biering, um bolsista de pós-doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley. esses gatilhos da patogênese, além de bloquear completamente a infecção”.

Embora muitos céticos das vacinas tenham alimentado temores sobre os perigos potenciais do vírus SARS-CoV-2 proteína de pico– que é o alvo das vacinas de mRNA do COVID-19 – os pesquisadores dizem que seu trabalho não fornece evidências de que a proteína spike possa causar sintomas na ausência de infecção viral. Em vez disso, o estudo sugere que a proteína spike pode funcionar em conjunto com o vírus e a própria resposta imune do corpo para desencadear sintomas que ameaçam a vida.

Além disso, a quantidade de proteína spike circulando no corpo após a vacinação é muito menos concentrada do que as quantidades observadas em pacientes com COVID-19 grave e que foram usadas no estudo.

“A quantidade de proteína spike que você teria em uma vacina nunca seria capaz de causar vazamento”, disse a autora sênior do estudo Eva Harris, professora de doenças infecciosas e vacinologia na UC Berkeley. “Além disso, não há evidências de que [the spike protein] é patogênico por si só. A ideia é que seja capaz de ajudar e estimular uma infecção em andamento.”

Ao examinar o impacto da proteína spike SARS-CoV-2 no pulmão humano e células vasculares, e nos pulmões de camundongos, a equipe de pesquisa conseguiu descobrir as vias moleculares que permitem que a proteína spike interrompa barreiras internas críticas no corpo. Além de abrir novos caminhos para o tratamento do COVID-19 grave, entender como a proteína spike contribui para o vazamento vascular pode lançar luz sobre a patologia por trás de outras doenças infecciosas emergentes.

“Achamos que muitos vírus que causam doenças graves podem codificar uma toxina viral”, disse Biering. “Essas proteínas, independentemente da infecção viral, interagem com células de barreira e causam o mau funcionamento dessas barreiras. Isso permite que o vírus se dissemine, e essa amplificação do vírus e vazamento vascular é o que desencadeia doenças graves. Espero que possamos usar os princípios que aprendemos com o vírus SARS-CoV-2 para encontrar maneiras de bloquear essa patogênese, para que estejamos mais preparados quando a próxima pandemia acontecer.”

Como a proteína spike desencadeia vazamento vascular

O vazamento vascular ocorre quando as células que revestem os vasos sanguíneos e os capilares são rompidas, permitindo que o plasma e outros fluidos vazem para fora da corrente sanguínea. Além de causar os danos pulmonares e cardíacos observados na COVID-19 grave, o vazamento vascular também pode levar ao choque hipovolêmico, principal causa de morte por dengue.

Antes da pandemia de COVID-19, Biering e outros membros do Harris Research Program estavam estudando o papel da proteína NS1 do vírus da dengue no desencadeamento do vazamento vascular e na contribuição para o choque hipovolêmico. Quando a pandemia atingiu, a equipe se perguntou se uma toxina viral semelhante no SARS-CoV-2 também poderia estar contribuindo para o síndrome da insuficiência respiratória aguda que estava matando pacientes com COVID-19.

“As pessoas estão cientes do papel das toxinas bacterianas, mas o conceito de toxina viral ainda é uma ideia realmente nova”, disse Harris. “Identificamos essa proteína secretada por células infectadas pelo vírus da dengue que, mesmo na ausência do vírus, é capaz de causar permeabilidade endotelial e romper barreiras internas. Então, nos perguntamos se uma proteína SARS-CoV-2, como spike, pode ser capaz de fazer coisas semelhantes.”

As proteínas de pico revestem a superfície externa do SARS-CoV-2, dando ao vírus sua aparência nodosa. Eles desempenham um papel crítico em ajudar o vírus a infectar seus hospedeiros: a proteína spike se liga a um receptor chamado ACE2 em células humanas e de outros mamíferos, que – como uma chave virando uma fechadura – permite que o vírus entre na célula e sequestre a função celular. O vírus SARS-CoV-2 libera uma grande porção da proteína spike contendo o domínio de ligação ao receptor (RBD) quando infecta uma célula.

“O que é realmente interessante é que a proteína de pico circulante se correlaciona com casos graves de COVID-19 na clínica”, disse Biering. “Queríamos perguntar se essa proteína também estava contribuindo para qualquer vazamento vascular que vimos no contexto do SARS-CoV-2”.

Atualmente, os cientistas atribuem os danos cardíacos e pulmonares associados ao COVID-19 grave a uma resposta imune hiperativa chamada tempestade de citocinas. Para testar a teoria de que a proteína spike também pode desempenhar um papel, Biering e outros membros da equipe usaram finas camadas de células endoteliais e epiteliais humanas para imitar o revestimento dos vasos sanguíneos do corpo. Eles descobriram que expor essas camadas celulares à proteína spike aumentava sua permeabilidade, uma característica do vazamento vascular.

Usando a tecnologia de edição de genes CRISPR-Cas9, a equipe mostrou que esse aumento da permeabilidade ocorreu mesmo em células que não expressavam o receptor ACE2, indicando que poderia ocorrer independentemente da infecção viral. Além disso, eles descobriram que os camundongos expostos à proteína spike também exibiram vazamento vascular, embora os camundongos não expressem o receptor ACE2 humano e não possam ser infectados com SARS-CoV-2.

Finalmente, com a ajuda do sequenciamento de RNA, os pesquisadores descobriram que a proteína spike desencadeia vazamento vascular através de uma via de sinalização molecular que envolve glicanos, integrinas e fator de crescimento transformador beta (TGF-beta). Ao bloquear a atividade das integrinas, a equipe conseguiu reverter o vazamento vascular em camundongos.

“Identificamos um novo mecanismo patogênico do SARS-CoV-2 no qual a proteína spike pode quebrar as barreiras que revestem nossa vasculatura. O aumento resultante na permeabilidade pode levar ao vazamento vascular, como é comumente observado em casos graves de COVID-19, e poderíamos recapitular essas manifestações da doença em nossos modelos de camundongos”, disse o coautor do estudo, Felix Pahmeier, aluno de pós-graduação no laboratório Harris da Escola de Saúde Pública da UC Berkeley. “Foi interessante ver as semelhanças e diferenças entre o pico e a proteína NS1 do vírus da dengue. Ambos são capazes de romper as barreiras endoteliais, mas os cronogramas e as vias do hospedeiro envolvidas parecem diferir entre os dois”.

Embora o bloqueio da atividade das integrinas possa ser um alvo promissor para o tratamento de COVID-19 grave, Harris disse que mais trabalho precisa ser feito para entender o papel exato dessa via na progressão da doença. Embora o aumento da permeabilidade vascular possa acelerar a infecção e levar ao sangramento interno, também pode ajudar o corpo a combater o vírus, dando ao mecanismo imunológico um melhor acesso às células infectadas.

“O SARS-CoV-2 evoluiu para ter uma proteína de superfície de pico com capacidade aumentada de interagir com fatores da membrana da célula hospedeira, como integrinas, adquirindo um motivo RGD. Esse motivo é um fator comum de ligação à integrina explorado por muitos patógenos, incluindo bactérias e outros vírus, para infectar células hospedeiras”, disse Francielle Tramontini Gomes de Sousa, ex-cientista assistente do projeto no laboratório de Harris e co-primeira autora do estudo. “Nosso estudo mostra como o pico RGD interage com as integrinas, resultando na liberação de TGF-beta e na ativação da sinalização de TGF-beta. Usando em vitro e na Vivo modelos de permeabilidade epitelial, endotelial e vascular, fomos capazes de melhorar a compreensão dos mecanismos celulares do aumento dos níveis de TGF-beta em pacientes com COVID-19 e como as interações entre células hospedeiras podem contribuir para a doença”.

A equipe continua estudando os mecanismos moleculares que levam ao vazamento vascular e também está investigando possíveis toxinas virais em outros vírus que causam doenças graves em humanos.

“O COVID-19 não acabou. Temos vacinas melhores agora, mas não sabemos como o vírus sofrerá mutações no futuro”, disse Biering. “Estudar esse processo pode nos ajudar a desenvolver um novo arsenal de medicamentos para que, se alguém estiver com vazamento vascular, possamos apenas direcionar isso. Talvez isso não impeça a replicação do vírus, mas pode impedir que a pessoa morra. .”