El coronavirus altera el funcionamiento de los macrófagos

Tejidos pulmonares de autopsias, tomadas mediante inmunofluorescencia: a la derecha, de un paciente fallecido debido a complicaciones ocasionadas por el COVID-19, y a la izquierda, de uno con muerte no relacionada/Alexandre Fabro y Edismauro Freitas-Filho

El SARS-Cov-2 obstaculiza la eliminación de las células muertas, lo que intensifica el daño pulmonar

 

Científicos describen de qué manera el contacto con el nuevo coronavirus altera el funcionamiento de los macrófagos, una especie de “barrenderos” del sistema inmunológico.

 

AGENCIA FAPESP/DICYT

Existe prácticamente un consenso entre los científicos que indica que el agravamiento de la COVID-19 está relacionado con un desequilibrio de la respuesta inmune contra el SARS-CoV-2. Sin embargo, aún no se sabe exactamente qué componentes del sistema de defensa actúan en forma desregulada en esos casos, ni tampoco por qué. En un estudio dado a conocer en la plataforma medRxiv, científicos de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, sugieren algunas respuestas referentes a una parte de este rompecabezas.

Los macrófagos son los encargados de eliminar por la vía de la fagocitosis los restos de las células muertas y de otras partículas extrañas presente en el organismo

En el artículo en el que se hace referencia a dicho estudio, aún no revisado por pares, los autores describen de qué manera el contacto con el nuevo coronavirus altera el funcionamiento de los macrófagos, una especie de “barrenderos” del sistema inmunológico, encargados de eliminar por la vía de la fagocitosis los restos de las células muertas y de otras partículas extrañas presente en el organismo.

Mediante experimentos realizados in vitro, los científicos descubrieron que al incorporar células infectadas con el SARS-CoV-2 aún activo, los macrófagos empiezan a producir cantidades excesivas de moléculas proinflamatorias, lo que puede hacer su aporte para disparar el cuadro que se conoce con el nombre de tormenta de citoquinas, que se observa en pacientes con la forma grave de la enfermedad. Asimismo, de acuerdo con este estudio, la fagocitosis de células muertas infectadas reduce hasta 12 veces la capacidad de los macrófagos para reconocer y remover otras células muertas que eventualmente surgen en su camino.

En los casos de pulmones afectados por el SARS-CoV-2, la remoción continua de las células muertas a cargo de los macrófagos resulta esencial para la regeneración del tejido

“Millones de células mueren en nuestro organismo todos los días, y debe eliminárselas en forma eficiente. De lo contrario, podría interpretárselas como una señal de peligro o podrían generar autoantígenos, favoreciendo así el surgimiento de enfermedades autoinmunes. En los casos de pulmones afectados por el SARS-CoV-2, la remoción continua de las células muertas a cargo de los macrófagos resulta esencial para la regeneración del tejido. Y si la presencia del virus en las células fagocitadas subvierte esta función de los macrófagos, es posible que contribuya con el daño tisular extendido característico del COVID-19”, dice Larissa Cunha, docente de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP) y coordinadora de la investigación, que contó con financiación de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo.

 

Las evidencias preliminares

Los primeros test descritos en el artículo se realizaron con dos linajes de células epiteliales –uno procedente de un pulmón humano (Calu-3) y otro de un riñón de mono (Vero CCL81, uno de los principales modelos empleados para el estudio del SARS-CoV-2)–, que fueron infectados in vitro con el nuevo coronavirus. Los investigadores observaron que esta infección activa en las células epiteliales un proceso conocido como apoptosis, un tipo de muerte celular programada que normalmente no suscita una respuesta inflamatoria en el organismo.

Simultáneamente, en otro conjunto de células epiteliales, los investigadores indujeron la apoptosis mediante radiación ultravioleta. Se extrajeron células apoptósicas de ambos grupos (infectadas con el coronavirus y expuestas a la radiación) y se las dispuso para que interactuasen con cultivos de macrófagos derivados de monocitos humanos (uno de los tipos de leucocitos presentes de la sangre).

Al fagocitar células muertas a causa de la radiación, los macrófagos asumieron un fenotipo antiinflamatorio, que favorece la reparación del tejido lesionado

Tal como era de esperarse, al fagocitar células muertas a causa de la radiación, los macrófagos asumieron un fenotipo antiinflamatorio, que favorece la reparación del tejido lesionado. En tanto, cuando incorporaban células que contenían virus SARS-CoV-2 aún viables (con capacidad de infectar otras células) esa programación se perdía y los macrófagos pasaban a secretar altas cantidades de moléculas proinflamatorias tales como la interleuquina 6 (IL-6) y la interleuquina 1 beta (IL-1β).

“Nuestros resultados suministran evidencias de que el engolfado de células moribundas que cargan SARS-CoV-2 viables altera la programación antiinflamatoria y resolutiva [de la inflamación] en dirección hacia un fenotipo inflamatorio. La exacerbada producción de citoquinas observada como respuesta a la incorporación de células muertas infectadas puede contribuir en la hiperinflamación asociada al COVID-19”, afirman los autores en el artículo.

 

En detrimento de la eficiencia

Durante la siguiente etapa, se investigó qué sucedía con la expresión génica de los macrófagos luego de que estos fagocitaran células apoptósicas infectadas con el SARS-CoV-2. Se observó una merma en la expresión de genes claves para la actividad de las células de defensa, entre ellos, TIM4SRA-ICD36 y ITGB5. “Estos genes codifican receptores [proteínas] situados en la membrana de los macrófagos y reconocen una sustancia llamada fosfatidilserina, a la que se considera como la señal universal de la muerte celular”, comenta Cunha.

Cuando se dispusieron las células epiteliales muertas por radiación en los cultivos de macrófagos, los que habían tenido contacto previo con células infectadas con el virus se mostraron 12 veces menos capaces de cumplir la función de limpieza

Tal como explica la investigadora, este fosfolípido suele estar presente en la parte interna de la membrana celular, pero cuando las células mueren, la fosfatidilserina pasa a la superficie exterior, y puede entonces ser detectada por los macrófagos mediante receptores tales como TIM4 y CD36. “Para promover una reparación eficiente de las lesiones y evitar la acumulación de material necrótico en el organismo, los macrófagos deben ser capaces de reconocer y remover constantemente células muertas, sin solución de continuidad. Con todo, nuestros experimentos demostraron que, al incorporar células apoptósicas que contienen SARS-CoV-2, esa capacidad de fagocitosis queda ostensiblemente reducida”, comenta Cunha.

Cuando se dispusieron las células epiteliales muertas por radiación en los cultivos de macrófagos, los que habían tenido contacto previo con células infectadas con el virus se mostraron 12 veces menos capaces de cumplir la función de limpieza. En otra prueba, se infectó un cultivo de macrófagos humanos con SARS-CoV-2 directamente. También en este caso se registró una merma de la actividad de fagocitosis, pero de tan solo dos veces.

 

Con células de pacientes

Análisis realizados en muestras sanguíneas de pacientes con COVID-19 moderado o severo –extraídas durante el día de la internación– apuntaron altos niveles de moléculas proinflamatorias tales como IL-6, IL-1β, además de interleuquina 8 (IL-8) e interleuquina 10 (IL-10). Al compararlas con la sangre de voluntarios sanos, también se observó un incremento de la proporción de monocitos circulantes (leucocitos que dan origen a los macrófagos) y, en este grupo de células, una mayor proporción de monocitos con fenotipo proinflamatorio.

El análisis de expresión génica indicó que los monocitos de los pacientes con COVID-19 expresaban en menor cantidad a los receptores CD36, SRA-I, ITGB5 y TIM4 cuando se los comparó con los monocitos de los voluntarios sanos. Y cuanto más graves eran los síntomas informados al momento del ingreso al hospital, más acentuada era la caída de la expresión de los receptores de fagocitosis, según los autores del artículo. En la prueba subsiguiente, los monocitos de los pacientes con COVID-19 fueron “desafiados” in vitro con células apoptósicas de ratón. Tal como era de esperarse, fueron mucho menos eficientes en la tarea de limpieza que los monocitos aislados a partir de la sangre de voluntarios sanos.

Con la ayuda de herramientas de bioinformática, y en el marco de una colaboración con el profesor de la USP Helder Nakaya, los investigadores reanalizaron datos de expresión génica de estudios publicados anteriormente y disponibles en bancos públicos. Dicho análisis confirmó que, en los pacientes con la forma grave de COVID-19, la merma en la expresión de los genes que promueven la fagocitosis de células muertas aparece mucho más acentuada que en los enfermos con síntomas leves.

Según los autores, la falla en la remoción de las células muertas puede contribuir en el extenso daño de los tejidos que se observa en los pulmones de los pacientes con COVID-19

Por último, se analizaron células de defensa infiltradas en muestras de pulmones de personas que murieron de COVID-19, obtenidas mediante autopsias. “Observamos células mononucleares que habían sido reclutadas en la circulación para combatir al virus en los pulmones. También en este caso observamos una merma de la expresión de los receptores, lo cual sugiere que la capacidad de fagocitosis de esas células de defensa se encontraba comprometida”, comenta Cunha.

Según los autores, la falla en la remoción de las células muertas puede contribuir en el extenso daño de los tejidos que se observa en los pulmones de los pacientes con COVID-19. “Entre otros factores, esto puede favorecer el surgimiento de las complicaciones respiratorias que desarrollan los individuos que padecen la forma grave de la enfermedad y aumentar la susceptibilidad a las infecciones bacterianas secundarias”, culminan.

Este trabajo contó con la participación del equipo del Centro de Investigaciones en Enfermedades Inflamatorias (CRID) –un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP–, y de médicos e investigadores del Hospital de Clínicas de la FMRP-USP. Entre los autores del artículo se encuentran los profesores Fernando Q. Cunha, Alexandre T. Fabro, Helder Nakaya, Dario S. Zamboni, Paulo Louzada-Junior y Rene D. R. Oliveira.

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