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INTRODUCCIÓN
En diciembre de 2019 se detectó en China el primer caso de infección con un nuevo coronavirus, posteriormente aislado, genéticamente caracterizado y denominado SARS-CoV-21. A pesar del impacto global de esta epidemia por su rápida expansión, no se trata de nuestro primer contacto, como especie, con esta familia de virus, que causa enfermedades zoonóticas ya que pueden transmitirse de algunos animales (aves y mamíferos, como los murciélagos) a los humanos 2. Si consideramos esta característica, la amplia diversidad genética y la frecuente recombinación de estos genomas virales, no es raro que se detecten nuevos coronavirus en humanos, especialmente en comunidades donde existe un contacto cercano con los animales 3,4.
Los coronavirus pueden producir cuadros clínicos que van desde el resfriado común hasta otros más graves como los que causan los virus del síndrome respiratorio agudo grave (SARS, por sus siglas en inglés) y el síndrome respiratorio de oriente próximo (MERS, por sus siglas en inglés) 5. Estos otros coronavirus, aunque con una letalidad mayor que el SARS-CoV-26, tuvieron una expansión más limitada y, por ende, un impacto global menos significativo a nivel social y en los sistemas de salud. La vía principal de transmisión de los coronavirus en humanos es el contacto directo con gotas respiratorias a través de las mucosas de la boca, la nariz y los ojos 7. No se descarta, sin embargo, la transmisión oral-fecal y la vertical de madre a feto, pero las evidencias hasta el momento no son suficientemente sólidas desde el punto de vista epidemiológico 8,9.
Como el resto de los miembros de la familia de coronavirus, el SARS-CoV-2 tiene un genoma formado por una única cadena de ácido ribonucleico (ARN) de unos 30 000 pares de bases, con características muy parecidas al ARN mensajero del hospedero. Esto último le permite adherirse directamente a los ribosomas e iniciar la traducción de sus proteínas estructurales y de aquellas requeridas para la replicación. Las glicoproteínas espiga de transmembrana (S) del SARS-CoV-2 han sido cristalizadas y su estructura y función dilucidadas; además, se ha confirmado su interacción con la enzima convertidora de angiotensina 2 humana (ACE2, por sus siglas en inglés) como vía de acceso a las células 10. Este hecho ha llevado a los investigadores a proponer estrategias de tratamiento basadas en la inhibición de este proceso molecular con el apoyo de agencias nacionales responsables del control de uso de medicamentos. Sin embargo, un tema de especial relevancia en el control de este virus es la actividad del sistema inmune del hospedero. Los conocimientos básicos sobre la respuesta inmune antiviral describen al menos cuatro estrategias fundamentales para el control de la diseminación viral que involucran componentes celulares y moleculares del sistema innato y adquirido: 1) producción de interferones tipo I (IFN alfa y beta) que interfieren en los mecanismos de replicación viral; 2) producción de anticuerpos con capacidad de neutralizar la interacción de los virus con sus receptores celulares para limitar su acceso a las células hospederas; 3) activación de linfocitos asesinos naturales (NK, por sus siglas en inglés) con efecto citotóxico directo sobre células infectadas mediado por perforinas y granzimas que inducen apoptosis celular, y 4) activación de linfocitos T CD8+ también con actividad citotóxica específica sobre las células infectadas. Para lograr una respuesta de anticuerpos madura y de alta afinidad, así como para asegurar la efectiva activación de los linfocitos T CD8+, es determinante la cooperación de los linfocitos T CD4+ auxiliadores secretores de IFN gamma (Th1, del inglés T helper 1).
A partir de estos conocimientos básicos, existen cinco elementos relevantes en la relación entre el SARS-CoV-2 y la respuesta inmune: 1) valorar cómo las herramientas moleculares y celulares del sistema inmune y su cinética de activación contribuyen al control de la infección con el SARS-CoV-2; 2) reconocer las estrategias de evasión del virus a la respuesta inmune, especialmente en las poblaciones vulnerables como los adultos mayores inmunosenescentes; 3) identificar inmunomarcadores con valor pronóstico; 4) valorar métodos de diagnóstico para tamizajes masivos basados en la determinación de la respuesta de anticuerpos, y 5) proponer estrategias de manipulación de la respuesta inmune para prevenir o tratar la infección. Estos aspectos guiaran la estructura de la esta revisión temática.
RESPUESTA INMUNE CONTRA EL SARS-CoV-2
Respuesta inmune innata
La activación de la respuesta inmune innata antiviral involucra la detección de los llamados patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs, por sus siglas en inglés). En este evento, los receptores tipo Toll (TLR, por sus siglas en inglés), presentes en diversas células del sistema inmune innato, son especialmente relevantes. Estas moléculas son un grupo de receptores, con alta homología estructural, que se expresan en la membrana plasmática o en el espacio intracelular, en dependencia del tipo de PAMPs que reconozcan. Específicamente, los TLR relevantes en la detección de ácidos nucleicos de origen viral son el TLR3 y el TLR7 6,11. La activación de estos receptores conduce a la estimulación de la respuesta inmune inflamatoria, mediada por citocinas como IL-1, IL-6 y el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα, de sus siglas en inglés). Otras señales intracelulares activadas por estos receptores conducen la transcripción, traducción y secreción de IFNs tipo I 6,12. Estas moléculas son muy relevantes en la inhibición de la replicación viral, y además contribuyen a la activación de la fagocitosis mediada por macrófagos y a la activación de la actividad citotóxica de los linfocitos NK. Otros receptores del sistema innato también contribuyen a activar la respuesta inmune antiviral, como los receptores tipo-NOD, tipo-RIG y tipo-lectinas C 11.
Entre las células del sistema inmune innato relevantes en la respuesta antiviral merecen especial atención las células dendríticas. Este grupo, fenotípicamente diverso, se encarga de detectar la presencia de señales de peligro en los tejidos periféricos asociadas, en este caso, a los PAMPs virales, y trasladar esta información molecular a los órganos linfoides secundarios para estimular la respuesta inmune adaptativa. Para ello, ocurre un proceso de maduración celular que implica modificaciones morfofuncionales en estas células, de manera que ganan en capacidad migratoria, capacidad de presentación de antígenos en el complejo principal de histocompatibilidad (HLA I y II), expresión de moléculas de coestimulación y secreción de citocinas 11. Estas células tienen dos habilidades muy especiales que las distinguen del resto de las células presentadoras de antígenos: 1) la capacidad única de activar la respuesta de linfocitos T vírgenes auxiliadores CD4+ y citotóxicos CD8+, y 2) la capacidad de realizar la presentación cruzada de antígenos, o sea, de endocitar antígenos extracelulares (como las células infectadas con virus o partículas virales), procesar estos antígenos y presentarlos tanto en HLA I como HLA II. Este último proceso ha sido fijado por la evolución como estrategia para activar la respuesta citotóxica de linfocitos T CD8+ contra células infectadas con el virus y también células neoplásicas. De hecho, los IFNs tipo I promueven la presentación cruzada de antígenos mediada por células dendríticas 13.
Respuesta inmune adquirida
Los actores fundamentales en la respuesta antiviral por parte del sistema adquirido son los anticuerpos y los linfocitos T CD8+. Aunque, como se mencionó anteriormente, la actividad auxiliadora de los linfocitos T CD4+ es muy relevante. Estos últimos determinan la activación del efecto citotóxico en los linfocitos T CD8+, la maduración de la respuesta de anticuerpos en los linfocitos B (incremento de la afinidad por hipermutación somática, cambio de clase de IgM a IgG), y adicionalmente, determinan el establecimiento de la memoria inmunológica, tanto de células T citotóxicas como de células secretoras de anticuerpos. Estudios previos respecto a los cuadros de SARS en modelos animales demostraron que, si bien el infiltrado inflamatorio en el intersticio pulmonar es fundamentalmente de linfocitos citotóxicos T CD8+, la eliminación de los linfocitos T CD4+ produce una severa neumonitis como consecuencia de la reducción de la producción de anticuerpos anti-SARS efectivos y de la migración de linfocitos citotóxicos a los pulmones, lo que retrasa el aclaramiento de la carga viral 14. La activación de linfocitos B y la consecuente respuesta de anticuerpos son muy relevantes en el control de la infección viral. Respecto a los coronavirus, se ha demostrado que las glicoproteínas S son altamente inmunogénicas, y se ha conseguido mapear para el agente causante del MERS, un epítopo lineal para el virus con alta capacidad de activar la respuesta de linfoctos B y T 15. La seroconversión tardía de pacientes con cuadros de SARS y MERS se relacionó con mal pronóstico, lo que evidenciaba la relevancia de los anticuerpos en la respuesta antiviral contra estos virus. Generalmente, esta se logra en un plazo de entre 4 días y 14 días con anticuerpos IgG neutralizantes en circulación por hasta dos años 16. Respecto al SARS-CoV-2 quedan estudios por realizar para determinar el valor predictivo de la respuesta humoral mediada por anticuerpos, tanto de la seroconversión como de su cinética. Sin embargo, la capacidad del virus de estimular la seroconversión y la producción de anticuerpos neutralizantes está confirmada 6. Las características generales de la respuesta inmune innata y adquirida antiviral se describen en la Figura 1.
Figura 1 Respuesta inmune innata y adquirida en la infección por SARS-CoV-2: 1) los neutrófilos reconocen al SARS-CoV-2 por medio de los receptores CR1 y CR2, activados por las anafilotoxinas C3a y C5a del sistema complemento humano; 2) las células dendríticas reconocen al virus a través de los receptores de reconocimiento de PAMPs (TLR, NLR, RLR y CLPs); 3) en los endosomas se genera una respuesta parcial del sistema inmune al activarse TLR3 y TLR7 con el ARN viral, lo que desencadena las vías de señalización que inducen la producción de IFNs tipo I y citocinas proinflamatorias; 4) la fagocitosis de células infectadas con el virus y la presentación cruzada de antígenos virales en HLA I estimula a los linfocitos citotóxicos T CD8+; 5) la presentación de antígenos virales en HLA II estimula a los linfocitos auxiliadores T CD4+; 6 y 7) estos linfocitos cooperan con los T CD8+ e instruyen a los linfocitos B para producir anticuerpos de alta afinidad contra epítopos del SARS-CoV-2, y 8) además, se activan y diferencian linfocitos T proinflamatorios tipo Th17
SARS-CoV-2, INMUNOPATOGENIA E INMUNOEVASIÓN
Al igual que otras familias virales, los coronavirus han desarrollado estrategias de inmunoevasión a partir de la presión selectiva de los mecanismos efectores del sistema inmune. Estas estrategias influyen en la eficacia de las respuestas innata y adaptativa, lo puede justificar, parcialmente, tanto el largo periodo de incubación relativo a la influenza 17 como la mayor susceptibilidad de individuos con condiciones crónicas preexistentes y adultos mayores 18. En general, el incremento del índice neutrófilos/linfocitos con base en una linfopenia y la ocurrencia de un síndrome de liberación de citocinas proinflamatorias son eventos relacionados con la severidad y mortalidad de la enfermedad 18 y también han sido determinados en las epidemias de SARS y MERS 19,20. Este proceso inflamatorio se ha relacionado con diversos mecanismos, incluyendo tanto la modulación negativa de la expresión de ACE2 en el epitelio pulmonar como el incremento de la secreción de esta enzima, eventos ambos considerados estimuladores de la respuesta inflamatoria 21.
Respecto a los IFNs tipo I, tanto en el SARS como el MERS, los virus, suprimen la secreción y el efecto de estas citocinas a través de diferentes mecanismos 22, lo que ha sido relacionado con la severidad de la enfermedad 23 (Figura 2). En este caso, el incremento de la letalidad por neumonía aumenta significativamente en un modelo murino con producción desregulada de IFNs tipo I y neutrofilia en pulmón 23. La infección con coronavirus reduce la expresión de HLA en las células dendríticas y los macrófagos y, por tanto, la presentación de antígenos a los linfocitos T 24.
Un elemento muy interesante relacionado con la inmunopatogenia de los coronavirus, demostrado en diferentes modelos animales y en pacientes con SARS, es el efecto nocivo de los anticuerpos antiglicoproteína S. En este sentido, se han descrito dos situaciones diferentes: 1) la presencia de anticuerpos con capacidad de desencadenar efecto inflamatorio e injuria pulmonar, relacionados con la unión a receptores Fc en los macrófagos alveolares. La detección temprana en el suero de anticuerpos IgG neutralizantes se ha relacionado con mayor mortalidad en pacientes con SARS 25, y 2) la amplificación dependiente de anticuerpo (ADE, por sus siglas en inglés). El ADE ocurre en diferentes infecciones virales, como la del dengue, y se produce por la producción de niveles subóptimos de anticuerpos neutralizantes, lo que favorece la persistencia de la replicación viral y la inflamación 21. Aunque varios de los aspectos mencionados son el resultado de investigaciones en modelos animales o de la experiencia del manejo de pacientes con SARS y MERS es importante tenerlos en consideración dentro de las alternativas terapéuticas como el uso de inmunoglobulina intravenosa para bloquear los receptores Fc y/o el uso sistémico de drogas antinflamatorias y corticosteroides 21.
Figura 2 Mecanismos potenciales de inhibición de la producción y actividad de los IFNs tipo I por coronavirus. (1 y 2) Inhibición de la detección del ARN por los TLRs y otros receptores de PAMPs. (3) Bloqueo de las señales que estimulan la transcripción de los IFNs tipo I. (4) Inhibición de las vías de señalización de los IFNs tipo I. Modificado de Prompetchara E, 2020
SENESCENCIA INMUNOLÓGICA Y SARS-CoV-2
El concepto de senescencia inmunológica trasciende las características del sistema inmune de los adultos mayores, para mostrar un fenómeno asociado a la composición y función del sistema inmune en diversas condiciones patológicas. Este concepto se ha operacionalizado con la determinación de marcadores celulares de agotamiento celular, marcadores de inflamación sistémica y alteraciones de la respuesta inmune.
En el caso del SARS-CoV-2 convergen ambas condiciones: por una parte, los adultos mayores son más susceptibles a la infección con tasas de mortalidad que multiplican varias veces la de los adultos jóvenes 26; por otra parte, se ha demostrado el agotamiento de poblaciones tan importantes para el control viral como las NK y los linfocitos T CD8+ mientras que se produce una marcado incremento en la frecuencia de neutrófilos, en correspondencia con lo que se indicó anteriormente 27. Se demostró una relación significativa entre la severidad de la enfermedad y la reducción de la frecuencia de linfocitos NK y T CD8+, aunque en general la reducción se produce en todos los pacientes infectados respecto a los controles sanos. Esta linfopenia está acompañada, además, del incremento en la expresión del receptor inhibitorio NKG2A, lo que produce una alteración de la función celular al limitar la producción de citocinas y granzimas 27. La recuperación de los pacientes restaura los niveles celulares y reduce la expresión de NKG2D. Este resultado abre las puertas al potencial uso de bloqueadores de puntos negativos del control de la inmunidad como estrategia para potenciar la respuesta antiviral frente al SARS-CoV-2.
MARCADORES INMUNOLÓGICOS EN EL DIAGNÓSTICO Y PRONÓSTICO DE SARS-CoV-2
La identificación de marcadores inmunológicos con valor diagnóstico, y especialmente pronóstico, en la infección con SARS-CoV-2 es muy relevante. Hasta el momento hay dos estrategias fundamentales relacionadas con el diagnóstico de esta infección: 1) una prueba rápida que determina la presencia de anticuerpos anti-SARS-CoV-2 y 2) una prueba molecular basada en la detección genética del virus a través de la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT-PCR, por sus siglas en inglés). El reto de estas pruebas está en diagnosticar pacientes asintomáticos, pero infectados y con potencial infectivo. Aunque el RT-PCR es una técnica de alta sensibilidad y especificidad, se ha reportado que entre el 11 y 16 % de los pacientes con resultados negativos por ensayo de RT- PCR resultan posteriormente positivos a la infección. Además, más del 90 % de los pacientes inicialmente negativos por RT-PCR tenían evidencias imagenológicas de la enfermedad 28. Lo anterior ha permitido proponer una ventana de especificidad/sensibilidad para esta prueba.
En este sentido, la calidad de la toma y manipulación de la muestra son elementos importantes a considerar 28. Se maneja el criterio de que el alta del paciente se realice después de dos muestras negativas al RT-PCR.
En lo referente al diagnóstico rápido, con base en presencia de anticuerpos anti-SARS-CoV-2, las características de la prueba (costo, manipulación, tipo de muestra, rapidez del resultado) ofrecen la posibilidad de un tamizaje en comunidades con alto riesgo de infección y en estudios epidemiológicos para detectar pacientes con poca sintomatología, pero con capacidad infectiva. Como se mencionó anteriormente, la seroconversión se produce en la mayoría de los pacientes, aunque, como es de esperar, en la respuesta inmune hay un retardo entre la producción de anticuerpos IgM e IgG neutralizantes. Por ello, el uso de pruebas que detecten ambos tipos de anticuerpos es particularmente valioso. Sin embargo, debido a la homología de secuencia entre las proteínas más inmunogénicas de los agentes causales de SARS y MERS, SARS-CoV-2 y otros coronavirus, debe considerarse la presencia de anticuerpos con reactividad cruzada. En general, ninguna de las pruebas empleadas en la actualidad aporta resultados totalmente concluyentes acerca de la presencia o ausencia de esta infección, por tanto, se recomienda su repetición en pacientes sospechosos.
Respecto a los marcadores inmunológicos pronósticos, se pueden considerar relevantes el título y capacidad neutralizante de los anticuerpos, la cinética de seroconversión, los niveles de IFN tipo I circulantes, la ocurrencia de linfopenia y el incremento en el índice neutrófilos/linfocitos. Estos aspectos deben tener en cuenta las diferencias demostradas entre pacientes y enfermos, y especialmente entre infectados con un curso grave o leve de la enfermedad. Además, la sensibilidad y simplicidad de las determinaciones es otro criterio a considerar para la realización de estas mediciones.
ESTRATEGIAS DE INMUNOTERAPIA PARA SARS-CoV-2
Desde la detección del SARS-CoV-2 se han evaluado diversas alternativas vacunales para controlar de manera segura y eficaz la infección con este virus. Experiencias previas con vacunas ensayadas en modelos animales para los virus causantes de SARS y MERS ha demostrado que la proteína espicular S es inmunogénica e induce anticuerpos que previenen la infección 6,29. La mayor parte de estas propuestas vacunales se ensayaron solamente en ensayos clínicos fase I 6,30,31, y no se pudo confirmar su eficacia. Aunque se cuenta con esta experiencia previa, se ha considerado que el desarrollo de ensayos clínicos frente al virus SARS-CoV-2 empieza prácticamente desde cero.
Actualmente, más de 30 compañías farmacéuticas, además de la academia, están desarrollando plataformas vacunales basadas en ácidos nucleicos, vectores adenovirales y proteínas recombinantes. De acuerdo a la experimentación con los virus que causan SARS y MERS, la mayoría de las vacunas que se están proponiendo frente al SARS-CoV-2 están fundamentadas en la proteína S que, como ya se mencionó, se encarga de mediar la fusión del virus a las membranas celulares a través de ACE2. En este sentido se ha considerado: 1) uso de proteína S recombinante purificada, completa o un fragmento inmunogénico; 2) uso de proteína S expresada in vivo a partir de un virus recombinante, y 3) vacuna basada en ácidos nucleicos que expresen la proteína. Estas últimas son fáciles de fabricar y, en consecuencia, su desarrollo se encuentra avanzado. La empresa Moderna Therapeutics ensaya un candidato vacunal contra el COVID-19 basado en ARN mensajero sintético y se encuentra reclutando voluntarios sanos en EE. UU. (45 en total, entre 18 y 55 años) 32.
Otra alternativa a considerar es la generación de anticuerpos monoclonales (AcMs) con capacidad de neutralización. El uso de bibliotecas con miles de millones de secuencias de la región de los anticuerpos humanos encargados de reconocer los antígenos se ha expresado en fagos. Este tipo de bibliotecas permite hacer la selección de los anticuerpos humanos que reconocen con alta afinidad a las proteínas virales e inhiben su capacidad infectiva. Esta estrategia se ensayó con el virus que causa el MERS y se obtuvo un AcM que reduce en hasta 90x103 veces el título de ARN viral a nivel de pulmones 33. Un tema no menos relevante es el desarrollo de un modelo animal que reproduzca la enfermedad humana que produce el SARS-CoV-2, lo que permitiría evaluar la eficacia y la toxicidad inducidas por terapias experimentales. Al considerar la relevancia de la proteína ACE2 para la infección del SARS-CoV-2, los animales transgénicos que expresan este receptor humano serían de gran utilidad 34. Adicionalmente, se ha determinado la capacidad neutralizante de anticuerpos anti-proteína S utilizando modelos celulares in vitro10. La opción de utilizar el suero de pacientes infectados y recuperados de la enfermedad es una alternativa de inmunoterapia pasiva en evaluación.
CONCLUSIONES
La respuesta inmune efectiva contra el SARS-CoV-2 es determinante para su control a escala individual. Sin embargo, comprender los mecanismos de respuesta inmunológica contra este virus, su cinética y las estrategias virales para escapar del sistema inmune resulta determinante para la implementación de alternativas efectivas de diagnóstico, pronóstico, prevención y terapia, lo cual contribuirá al control de esta infección a escala poblacional
