Las trampas extracelulares de neutrófilos pueden presagiar una COVID-19 grave
ARRIBA: Una imagen de microscopía de inmunofluorescencia de neutrófilos (ADN marcado en azul) expulsando NET (elastasa de neutrófilos teñida de verde) en presencia de suero de un paciente con COVID-19JASON KNIGHT, YOGEN KANTHI, YU ZUO
En marzo de este año, dos médicos de la Universidad de Michigan detectaron una sorprendente similitud entre una enfermedad autoinmune que habían estado estudiando y el COVID-19. Ambas condiciones parecían involucrar coágulos de sangre en las arterias, las venas y la microvasculatura, observaron el reumatólogo Jason Knight y el cardiólogo y especialista en medicina vascular Yogen Kanthi. Debido a que la liberación de trampas extracelulares de neutrófilos (NET), redes de cromatina y proteínas arrojadas desde las células inmunitarias, subyace a la coagulación excesiva que se observa en la enfermedad autoinmune, conocida como síndrome antifosfolípido (APS), decidieron estudiar si los NET podrían ser relevantes para COVID. -19 también.
El equipo de investigación utilizó muestras de suero recolectadas al ingreso de 50 pacientes con un diagnóstico confirmado de COVID-19 basado en una prueba de PCR, y midió sus niveles de biomarcadores NET específicamente, células -ADN libre, mieloperoxidasa-ADN e histona 3 citrulinada.
Los resultados, publicados el 24 de abril en JCI Insight, muestran niveles aumentados de estos biomarcadores en sueros de pacientes con COVID-19 con enfermedad grave en comparación con controles sanos. Kanthi le dice a The Scientist que la cantidad de biomarcadores NET en el momento de la admisión predecía qué pacientes progresaban a insuficiencia respiratoria. El equipo también descubrió que los sueros de pacientes con COVID-19 desencadenaron la formación de NET a partir de neutrófilos de control in vitro.
El muestreo de estos biomarcadores podría ayudar a la toma de decisiones con respecto a la asignación de recursos valiosos, como ventiladores, dice. .
Paul Kubes, un inmunólogo de la Universidad de Calgary que trabaja en NET y actualmente está estudiando su función en COVID-19, dice que el estudio fue en gran parte correlativo, pero proporcionó evidencia bastante buena de que hay NET en COVID-19. Ahora los investigadores quieren determinar si los NET se pueden usar no solo para predecir los síntomas de la enfermedad, sino también para detenerlos.
Neutrófilos en COVID-19
Micrografía electrónica de barrido coloreada de neutrófilos humanos (naranja) con NET (marrón) después del cocultivo con Helicobacter pylori (verde)Volker Brinkmann
Los NET son fibras de ADN extracelular salpicadas de histonas y proteínas y enzimas antimicrobianas, como la elastasa de neutrófilos y la mieloperoxidasa, que forman una red que atrapa y mata a los patógenos. Los NET fueron descritos por primera vez en infecciones bacterianas por Volker Brinkmann y Arturo Zychlinsky en el Instituto Max Planck de Biología de Infecciones en Alemania en 2004. Kubes y otros reconocieron el papel de los neutrófilos y los NET en infecciones virales en 2012.
Vea por qué las células inmunitarias extruyen redes de ADN y proteínas
Para Denisa Wagner, de la Escuela de Medicina de Harvard, quien ha estado trabajando en los TNE durante los últimos 12 años y estudiando su papel en la COVID-19 desde febrero, la presencia de NET en COVID-19 era una conclusión inevitable. Ella le dice a The Scientist que casi todos los virus inducen NETosis, como se llama el proceso de formación de NET.
Los NET son liberados por los neutrófilos, que a menudo mueren durante el proceso. Junto con los macrófagos, los neutrófilos son las principales células fagocíticas o carroñeros del cuerpo, y forman parte del sistema inmunitario innato, la primera línea de defensa contra los patógenos.
Aunque los NET evolucionaron como parte de la respuesta inmunitaria innata por parte de los huésped, pueden causar daños colaterales significativos, como inflamación y coágulos de sangre. No me sorprendería si resultara que los TNE tienen relevancia clínica en casos graves de COVID-19, dice Brinkmann.
En un artículo de perspectiva publicado en el Journal of Experimental Medicine en abril, Betsy Barnes, inmunóloga de los Institutos Feinstein para la Investigación Médica, Mikala Egeblad, investigadora de cáncer de mama en el Laboratorio Cold Spring Harbor, y otros informaron una extensa infiltración de neutrófilos e inflamación en los capilares de los pulmones, así como los neutrófilos en los alvéolos, o espacios de aire, de los pulmones en muestras de autopsia de tres pacientes que sucumbieron a COVID-19. Knight, quien también es coautor del informe, le dice a The Scientist en un correo electrónico: Parece que se pueden encontrar NET en la escena del crimen. Por supuesto, se necesitarán más estudios mecánicos para probar la causalidad, es decir, si los NET están realmente detrás del daño. Los autores de este informe y el estudio en JCI Insight son parte de un consorcio llamado NETwork to Target Neutrophils in COVID-19, que tiene alrededor de 25 miembros ubicados en cinco países. Egeblad inició NETwork con el objetivo de determinar rápidamente si los neutrófilos y los NET desempeñan un papel en el COVID-19.
Realmente necesitamos más datos para saber qué está pasando allí, dice Barnes, que estudia los NET. en el contexto de la enfermedad autoinmune.
Egeblad, que ha estado trabajando en el papel de los NET en la metástasis del cáncer, dice que el siguiente paso sería establecer la causalidad. Es probable que esto no se sepa hasta dentro de varios meses, ya que la causalidad solo puede demostrarse directamente a través de los sistemas de modelos experimentales de COVID-19 que recién están surgiendo o indirectamente al enfocarse en los TNE con medicamentos en ensayos clínicos, agrega.
Apuntar a los NET en los ensayos clínicos de COVID-19
DNasa, la enzima que degrada el ADN, es el único inhibidor de NET aprobado por la FDA; esto parece ser bien tolerado por los pacientes con fibrosis quística, algunos de los cuales tienen NET en la mucosidad. Si la mucosidad en los pulmones de los pacientes con COVID-19 contiene NET, este tratamiento debería fluidificar la mucosidad y permitir un mejor intercambio de gases, dice Brinkmann.
Un artículo reciente propone el uso de DNasa contra niveles descontrolados de NET en infecciones graves por SARS-CoV-2. Brinkmann explica que la cromatina que contiene ADN es la columna vertebral de las redes. Unido a esta columna vertebral hay complejos de proteínas que contienen enzimas y péptidos citoplasmáticos. Si destruye el ADN, los NET se desmoronan como un collar de perlas roto.
Actualmente, dos ensayos clínicos en el Reino Unido y Francia están probando DNasa en pacientes con COVID-19. Barnes está dirigiendo un estudio retrospectivo en colaboración con Cold Spring Harbor Laboratory sobre pacientes con COVID-19 que fueron tratados con DNasa mientras recibían ventilación mecánica. En Canadá, Kubes está explorando la posibilidad de realizar un ensayo clínico con DNasa en pacientes con COVID-19 ingresados en la UCI.
Los TNE también pueden ser objeto de fármacos experimentales que bloqueen su formación. Kubes dice que los inhibidores de la elastasa de neutrófilos, que bloquean una enzima requerida para la NETosis, serían muy efectivos porque evitan la liberación de NET en lugar de simplemente destruir los NET que ya se han producido. Wagner también está en conversaciones con una empresa india que está probando inhibidores de la peptidilarginina deiminasa 4 (PAD4), que interfieren con otra enzima que es esencial durante la formación de NET. etiquetado en rojo)Volker Brinkmann
El vínculo entre los TNE y la trombosis
Los coágulos de sangre son una complicación frecuente de la COVID-19, y los científicos comienzan a sospechar que los TNE podrían ser los culpables.
El equipo de Wagner mostró por primera vez en 2010 que los TNE están relacionados con la trombosis. Los NET son terriblemente trombogénicos, dice ella. Entonces, siempre que hay neutrofilia, un exceso de neutrófilos en la circulación sanguínea, hay una predisposición asociada a la trombosis. La neutrofilia ha sido un tema constante en todas las cohortes de pacientes con COVID-19, y cada vez se informan más complicaciones relacionadas con la coagulación, que van desde embolia pulmonar hasta dedos de los pies hinchados, dolorosos y descoloridos.
Adrian Newland, hematólogo en Barts y The London NHS Trust, le dice a The Scientist en un correo electrónico que, a nivel mundial, entre los pacientes hospitalizados con COVID-19, hay una incidencia del 33 por ciento de tromboembolismo venoso (TEV), una afección en la que los coágulos sanguíneos se obstruyen las venas y pueden desprenderse y alojarse en los pulmones. Esto refleja un sistema de coagulación desordenado como reacción a la infección, y está bien descrito, aunque aprendemos más sobre la condición casi a diario, dice.
En una preimpresión publicada el 5 de mayo, Kanthi y Knight demostraron restos de NET significativamente elevados en los sueros de tres pacientes con COVID-19 que presentaban TEV. Los autores dicen que, dada la fuerte asociación entre los TNE y la trombosis en otras enfermedades, el vínculo potencial entre los TNE y el TEV en la COVID-19 justifica la exploración.
Las plaquetas son intrínsecas al TEV, las principales células sanguíneas que detienen el sangrado. , y pueden ser fundamentales en esta conexión emergente entre coágulos de sangre, TNE y COVID-19. Las plaquetas activan los neutrófilos, que forman los NET, explica Wagner, pero los NET se unen a las plaquetas y las activan, por lo que se acumulan.
Apuntar a las plaquetas podría conducir indirectamente a una formación reducida de NET. De hecho, el grupo de Michigan dirigido por Kanthi actualmente está planeando un ensayo clínico para probar si el medicamento antiplaquetario dipiridamol podría usarse para tratar pacientes con COVID-19. Recientemente demostraron que el fármaco protege contra la NETosis y la trombosis en el APS.
Se está debatiendo si los agentes antiplaquetarios tienen un papel que desempeñar aquí, dice Newland. Agrega que también existe el contraargumento de que si se usa en pacientes con plaquetas bajas (los recuentos de plaquetas levemente reducidos se observan consistentemente en COVID-19), pueden provocar más eventos de sangrado.
Y. Zuo et al., Trampas extracelulares de neutrófilos en COVID-19,JCI Insight, doi:10.1172/jci.insight.138999, 2020 .
BJ Barnes et al., Orientación de los posibles impulsores de COVID-19: trampas extracelulares de neutrófilos, J Exp Med, doi:10.1084/jem.20200652, 2020.