SARS-CoV-2 e sepse viral: observações e hipóteses

Introdução

O surto grave do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda (SARS-CoV-2), relatado pela primeira vez em Wuhan, na China, em dezembro de 2019, teve um enorme impacto na China e no mundo como um todo. A doença causada pelo SARS-CoV-2 é chamada de doença de coronavírus 2019 (COVID-19). Em 19 de março de 2020, o número de casos confirmados havia aumentado para mais de 200.000. Embora a maioria dos pacientes infectados com SARS-CoV-2 apresentasse doença leve, aproximadamente 5% dos pacientes apresentavam lesão pulmonar grave ou mesmo disfunções de múltiplos órgãos, resultando em fatalidade de 1-4% dos casos (1).

Na prática, observamos que muitos pacientes com COVID-19 grave ou criticamente enfermos desenvolveram manifestações clínicas típicas de choque, incluindo extremidades frias e pulsos periféricos fracos, mesmo na ausência da manifestação de hipotensão. Muitos desses pacientes apresentaram acidose metabólica severa, indicando possível disfunção microcirculatória. Além disso, alguns pacientes apresentaram insuficiência hepática (2) e renal, além de lesão pulmonar grave.

Esses pacientes atenderam aos critérios de diagnóstico de sepse e choque séptico de acordo com o Consenso Internacional Sepsis-3 (3), mas a infecção por SARS-CoV-2 parecia ser a única causa na maioria deles (1). As culturas de amostras de sangue e do trato respiratório inferior foi negativo para bactérias e fungos em 76% dos pacientes com sepse em uma pesquisa de coorte sobre COVID-19.

Portanto, a sepse viral seria mais precisa para descrever as manifestações clínicas de pacientes com COVID-19 grave ou crítico (5). Compreender o mecanismo da sepse viral em COVID-19 é a garantia de explorar melhores cuidados clínicos para esses pacientes.

Infecção por vírus e patogênese do COVID-19 em órgãos

Nos estudos de biópsia ou autópsia, a patologia pulmonar tanto para o início quanto para a fase tardia (7) dos pacientes com COVID-19 apresentou dano alveolar difuso com formação de membranas hialinas, células mononucleares e macrófagos infiltrando os espaços aéreos e espessamento difuso da parede alveolar. Partículas virais foram observadas em células epiteliais alveolares brônquicas tipo 2 por microscopia eletrônica (8, 9).

Além disso, atrofia do baço, necrose dos gânglios linfáticos, hemorragia focal no rim, fígado aumentado com infiltração de células inflamatórias, edema e degeneração dispersa de neurônios no cérebro estavam presentes em alguns pacientes (8, 9).

Foram isoladas partículas de vírus infecciosos do SARS-CoV-2 de amostras respiratórias (10), de amostras fecais (11), e de urina (Zhao J, Universidade Médica de Guangzhou, comunicação pessoal) de pacientes com COVID-19, sugerindo que a disfunção de múltiplos órgãos no COVID19 grave é causada ??pelo menos parcialmente por um ataque direto do vírus. No entanto, não há relatos de observações post mortem de ampla difusão de partículas virais por autópsia no momento.

Se o SARS-CoV-2 pode atingir diretamente outros órgãos que não o pulmão, especialmente os órgãos com alta expressão da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) (12,13) e os órgãos com L-SIGN (14) como possíveis receptores celulares alternativos para o SARS-CoV-2, precisa ser investigado mais a fundo. Além disso, a questão de como o SARS-CoV-2 se espalha para órgãos extra-pulmonares permanece um enigma. Foi observada uma variação genômica do SARS-CoV-2 circulante, e a diferença na virulência precisa de mais investigação (15).

Resposta imune à SARS-CoV-2 e sepse viral

Foi demonstrado que citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias incluem o fator de necrose tumoral (TNF) α, interleucina 1β (IL-1β), IL-6, fator estimulador de colônias de granulócitos, proteína 10 induzida por interferon gama, proteína quimioatraente de monócitos, e que as proteínas inflamatórias dos macrófagos 1-α foram significativamente elevadas em pacientes com COVID-19 (16, 17). Como na infecção grave por influenza, a tempestade de citocinas poderia desempenhar um papel importante na imunopatologia da COVID-19.

Estudos anteriores revelaram que células epiteliais do pulmão, macrófagos e células dendríticas expressam todas as citocinas até certo ponto durante a infecção por influenza através da ativação de receptores de reconhecimento de padrões (incluindo receptores Toll-like TLR3, TLR7 e TLR8), o gene I induzível pelo ácido retinóico e membros da família de receptores do tipo NOD (18).

No entanto, pouco se sabe sobre a situação do COVID-19 no momento. A identificação da fonte primária da tempestade de citocinas em resposta à infecção por SARS-CoV-2 e dos mecanismos virológicos por trás da tempestade de citocinas é crucial. Também seria relevante elucidar a cinética da ativação de citocinas durante a infecção por SARS-CoV-2: quando foram liberadas as primeiras citocinas e quais eram?

Além disso, se o dano direto ao tecido é induzido pelo vírus, pela tempestade sistêmica de citocinas ou os efeitos sinérgicos de ambos contribuem para a disfunção de múltiplos órgãos em pacientes com COVID-19 grave ainda não foi abordado.

Além disso, vale a pena acompanhar se o bloqueio de um desses mediadores pró-inflamatórios afetaria o resultado clínico. O anticorpo monoclonal anti-IL-6R ou corticosteroides foram propostos para aliviar a resposta inflamatória.

No entanto, a IL-6 pode desempenhar um papel importante no início de uma resposta preliminar contra a infecção pelo vírus, promovendo a eliminação viral mediada por neutrófilos, pois um estudo revelou que a deficiência de IL-6 ou IL-6R levou a persistência da infecção por influenza e, finalmente, a morte em camundongos (19). O uso de corticosteroides permanece controverso (20, 21).

No entanto, a resposta imune desregulada também apresenta um estágio de supressão imune após a fase pró-inflamatória. É caracterizada por uma redução sustentada e substancial na contagem de linfócitos periféricos, principalmente células T CD4 e CD8 em pacientes com COVID-19, e está associada a um alto risco de desenvolver uma infecção bacteriana secundária. Essa condição, conhecida como linfopenia, também foi encontrada na influenza grave e em outras infecções virais respiratórias.

O grau de linfopenia demonstrou correlação com a gravidade do COVID-19 (17).

O mecanismo subjacente à linfopenia permanece desconhecido. Estudos anteriores mostraram que partículas virais do tipo SARS e o RNA do SARS-CoV foram detectados em linfócitos T isolados de amostras de sangue periférico, baço, linfonodos e tecido linfóide de vários órgãos (22,23), sugerindo que o SARS-CoV poderia infectar as células T diretamente. Os domínios de ligação ao receptor das proteínas estruturais entre SARS-CoV-2 e SARS-CoV mostram um alto grau de consistência (24, 25) e o RNA de SARS-CoV-2 também foi detectado em amostras de sangue (16).

Portanto, é razoável supor que, além da morte celular induzida pela ativação induzida pela interação de Fas e Fas ligante, bem como do eixo do ligante indutor de apoptose relacionado ao TNF (26), o SARS-CoV-2 pode infectar diretamente linfócitos, particularmente células T, e iniciar ou promover a morte celular de linfócitos, levando eventualmente a linfopenia e respostas antivirais danificadas. No entanto, essa hipótese precisa ser mais investigada.

Também deve ser identificado que tipos de morte celular estão ocorrendo nos linfócitos após a infecção por SARS-CoV-2. Além disso, é intrigante que os linfócitos não tenham expressão de ECA2, sugerindo um mecanismo alternativo pelo qual o SARS-CoV-2 comprometa os linfócitos T (13). Se os macrófagos alveolares podem ou não fagocitar as partículas virais e depois transferi-las para linfócitos é uma questão em aberto no campo.

COVID-19 e a coagulação anormal

Estudos revelaram que 71,4% dos não sobreviventes de COVID-19 atingiram o grau de coagulação intravascular disseminada aberta (≥5 pontos de acordo com os critérios da Sociedade Internacional de Trombose e Hemostasia) (27) e mostraram resultados anormais de coagulação durante os estágios posteriores da doença; concentrações particularmente aumentadas de dímero D e outros produtos de degradação de fibrina foram significativamente associadas a um prognóstico ruim (4).

No entanto, os mecanismos específicos para a coagulopatia ainda não foram identificados. Se o SARS-CoV-2 possui capacidade de atacar diretamente células endoteliais vasculares que expressam altos níveis de ECA2 (13), e, em seguida, levar a coagulação e sepse anormais, ainda deverá ser explorada.

Enquanto isso, o ECA2 também é um importante regulador da pressão arterial. A alta expressão de ECA2 no sistema circulatório após a infecção por SARS-CoV-2 pode contribuir parcialmente para a hipotensão séptica.

Perguntas foram levantadas sobre o uso da terapia com inibidores do bloqueador dos receptores da angiotensina II (BRA) e inibidores da ACE em pacientes com hipertensão arterial na COVID-19.

Alguns pesquisadores sugeriram que os inibidores da ECA poderiam beneficiar esses pacientes, reduzindo a inflamação pulmonar (29), embora outros argumentassem que os inibidores da ECA poderiam melhorar a entrada viral, regulando os níveis da ECA2 (30). No entanto, existem poucas evidências clínicas sobre o risco de tratar pacientes com COVID-19 com inibidores da BRA ou da ECA. São necessárias mais pesquisas para explorar se esses medicamentos inibem ou ajudam a entrada viral.

Figura: Ocorrência e evolução da sepse viral por SARS-CoV-2

Conclusões

Com base nas observações de pacientes com COVID-19, hipotetizamos que, em casos leves, macrófagos residentes que iniciam respostas inflamatórias pulmonares foram capazes de conter o vírus após a infecção por SARS-CoV-2; as respostas imunes inata e adaptativa foram estabelecidas de maneira eficiente para retardar a replicação viral, para que o paciente se recupere rapidamente.

No entanto, em casos graves ou críticos de COVID-19, a integridade da barreira epitelial-endotelial (ar-sangue) foi severamente interrompida. Além das células epiteliais, o SARS-CoV-2 também pode atacar células endoteliais dos capilares pulmonares, levando a uma grande quantidade de exsudato dos componentes do plasma na cavidade alveolar.

Em resposta à infecção por SARS-CoV-2, macrófagos alveolares ou células epiteliais podem produzir várias citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias. Após essa mudança, monócitos e neutrófilos foram quimiotáticos no local da infecção para remover esses exsudatos com partículas virais e células infectadas, que resultaram em inflamação descontrolada.

Nesse processo, devido à substancial redução e disfunção dos linfócitos, a resposta imune adaptativa não pode ser efetivamente iniciada. A infecção viral não controlada leva ao aumento da infiltração de macrófagos e a um agravamento da lesão pulmonar.

Enquanto isso, o ataque direto a outros órgãos pelo SARS-CoV-2 disseminado, patogênese imunológica causada pela tempestade sistêmica de citocinas e disfunções da microcirculação juntas levam à sepse viral. Portanto, a terapia antiviral eficaz e medidas para modular a resposta imune inata e restaurar a resposta imune adaptativa são essenciais para interromper o ciclo vicioso e melhorar o resultado dos pacientes.

Desde o surto de COVID-19, os médicos têm feito todo o possível para entender a doença, e um breve retrato de suas características clínicas foi identificado. No entanto, ainda existem questões em aberto sobre os mecanismos das observações.

Usando as evidências coletadas de estudos de autópsia no COVID-19 e as pesquisas científicas básicas sobre SARS-CoV-2 e SARS-CoV, apresentamos várias hipóteses sobre a patogênese do SARS-CoV-2 após várias rodadas de discussão entre os pesquisadores de ciências básicas, patologistas e clínicos que trabalham com o COVID-19.

Nossa hipótese é de que um processo chamado sepse viral seja crucial para o mecanismo da doença de COVID-19. Embora essas ideias possam se provar imperfeitas ou até incorretas posteriormente, acreditamos que elas levantem questões para pesquisas futuras.

• Pesquisas científicas futuras são necessárias para explorar se o SARS-CoV-2 ataca diretamente células endoteliais vasculares e para examinar o efeito do SARS-CoV-2 na coagulação e disseminação do vírus.

• Ensaios clínicos e experimentos com animais devem ser realizados para avaliar o efeito dos inibidores da BRA e da ECA no resultado da infecção por SARS-CoV-2 in vivo.

• Esforços devem ser feitos para confirmar se o SARS-CoV-2 infecta diretamente linfócitos e como isso influencia a resposta imune adaptativa.

• A cinética da resposta de citocinas durante a infecção por SARS-CoV-2 também precisa de mais investigação.

• A eficácia das terapias imunomoduladoras deve ser avaliada em ensaios clínicos randomizados.