Introdução

Coronavírus são vírus envelopados de RNA fita simples (Fig. 1a). A doença causada pelo SARS-CoV-2, denominada doença do coronavírus 2019 (COVID-19), atingiu proporções pandêmicas. O genoma do SARS-CoV-2 é semelhante ao de um betacoronavírus típico, contendo pelo menos dez quadros abertos de leitura (ORFs do inglês Open reading frames; Fig. 1b). O ORF1a e o ORF1b codificam proteínas não estruturais (NSPs do inglês non-structural proteins). A subunidade catalítica NSP12, junto com seus cofatores NSP7 e NSP8, constituem o complexo RNA-polimerase dependente de RNA (RdRp), que é essencial para a replicação viral. Os outros ORFs codificam as quatro proteínas estruturais principais: spike, envelope, nucleocapsídeo e proteínas de membrana, bem como proteínas acessórias.1

A infecção por SARS-CoV-2 começa quando a proteína spike do vírus se liga ao receptor da célula hospedeira, a enzima conversora da angiotensina 2 (ACE2, do inglês angiotensin-converting enzyme 2) (Fig. 1c). Após ligar-se ao ACE2, a serina protease transmembrana 2 (TMPRSS2, do inglês transmembrane protease serine 2) cliva e inicia a fusão da proteína spike ao receptor, mediando a fusão do envelope viral com a membrana da célula-alvo do hospedeiro. Outras proteases, expressas em diferentes níveis em vários tecidos, também podem clivar a proteína spike e facilitar a entrada do vírus. Dependendo da disponibilidade destas proteases na superfície das células hospedeiras, permitem que o vírus entre na célula do hospedeiro por endocitose ou via fusão direta com a membrana da célula hospedeira.1

Uma vez dentro da sua célula-alvo, o genoma viral é liberado e traduzido pelo ribossomo no retículo endoplasmático. As proteínas estruturais virais movem-se ao longo da via secretora para o compartimento intermediário do complexo de Golgi, onde ocorre a  montagem, e a progênie é então liberada da célula via exocitose (Fig. 1c).1
Figura 1. Estrutura (A), composição do genoma (B) e ciclo de vida do SARS-CoV-2(C). (Adaptado de Perico, L. et al. Nat Rev Nephrol (2020).1)

A resposta imunológica contra SARS-CoV-2

Tanto a resposta imunológica inata quanto a adaptativa têm um papel essencial no reconhecimento e eliminação de patógenos. O acúmulo de evidências sugere que uma resposta imune subótima ou irrestrita durante a infecção por SARS-CoV-2 direciona os padrões clínicos, gravidade da doença e progressão da COVID-19.1

Resposta imune inata 

Após infecção dos pulmões, o SARS-CoV-2 induz a morte de células epiteliais, em particular, dos pneumócitos tipo II, como parte do seu ciclo de replicação. O sistema imunológico inato é a primeira linha de defesa. Quando o vírus entra na célula-alvo o RNA viral de fita simples ativa células imunes inatas. Em seguida, cascatas de sinalização molecular culminam na produção de citocinas e quimiocinas (Fig. 2a).1

Macrófagos e neutrófilos promovem uma resposta inata específica para erradicar o patógeno e matar células infectadas. O aumento de citocinas pró-inflamatórias dentro do pulmão leva ao recrutamento de leucócitos, propagando a resposta inflamatória local. Entre as citocinas produzidas estão: IL-2, IL-6, fator estimulador de colônia de granulócitos (G-CSF do inglês granulocyte colony-stimulating factor), proteína 10 induzida pelo IFNγ (IP-10, também conhecida como CXCL10), proteína quimioatraente de monócitos 1 e 3 (MCP1 e MCP3, também conhecido como CCL2 e CCL7, respectivamente), proteína inflamatória de macrófago 1α (MIP-1α, também conhecido como CCL3) e fator de necrose tumoral (TNF, do inglês tumor necrosis factor). Pacientes com progressão desfavorável da COVID-19 apresentam estas citocinas aumentadas.1

A ativação de macrófagos parece ser parte integrante do início e propagação desta reação hiper-inflamatória (Fig. 2b). Um estudo preliminar detectou ACE2 na superfície de macrófagos e mostrou que proteínas spike do SARS-CoV-2 interagem com macrófagos CD68+, sugerindo infecção viral direta dessas células.1

Uma análise do transcriptoma de células obtidas na lavagem broncoalveolar de oito pacientes com COVID-19 sugeriu que a infecção por SARS-CoV-2 provoca mais infiltração neutrofílica do que outras formas de pneumonia. Em consonância a esse achado, a neutrofilia é preditora de desfechos ruins em pacientes com COVID-19. Um novo estudo também indicou que a ativação de neutrófilos e a secreção de "armadilhas" extracelulares de neutrófilos (NETs, do inglês neutrophil extracellular traps) podem ter um papel importante na liberação de citocinas observada em casos graves da COVID-19, representando uma poderosa resposta de defesa inata com potencial de exacerbar o dano pulmonar em pacientes afetados. Esses achados sugerem que a imunidade inata desequilibrada pode aumentar a hiper-inflamação em casos graves (Fig. 2b).1
Figura 2. Patogênese e possíveis desfechos da COVID-19. (A) Após infecção dos pulmões, o SARS-CoV-2 induz a morte de células epiteliais como parte de seu ciclo de replicação viral. Macrófagos e neutrófilos promovem uma resposta imune inata específica para erradicar o patógeno e matar células infectadas. O aumento de citocinas pró-inflamatórias leva ao recrutamento de leucócitos, propagando ainda mais a resposta inflamatória local. Nestes pacientes, a COVID-19 manifesta-se como uma doença leve com sintomas semelhantes aos da gripe comum que resolvem-se espontaneamente. (B) Uma resposta imunológica adaptativa deficiente, caracterizada por linfopenia e supressão de células T CD4+, seria provavelmente responsável pelos desfechos desfavoráveis de paciente mais graves. O aumento de linfócitos T exauridos que expressam altos níveis de marcadores de morte celular programada 1 (PD1), sugere redução na proliferação e atividade de células T CD8+. Da mesma forma, as células NK exibem níveis aumentados receptores inibitórios (NKG2A). A atividade citotóxica prejudicada leva à persistência da carga viral que induz a amplificação de macrófagos e ativação de neutrófilos, com produção massiva de citocinas (um processo conhecido como hipercitocinemia). Nestes pacientes, a COVID-19 se manifesta como uma doença grave, consistindo em pneumonia avançada e síndrome do desconforto respiratório agudo. O excesso de citocinas e a infecção viral persistente leva ao dano vascular sistêmico, coagulação intravascular disseminada (DIC) e a insuficiência de órgãos vitais. (Adaptado de Perico, L. et al. Nat Rev Nephrol (2020).1)

Resposta imune adaptativa

Nesta fase, a infiltração de linfócitos (células T CD4+ e CD8+) e de células natural killer (NK) é necessária para garantir uma resposta de defesa ideal contra SARS-CoV-2. As células T CD4+ medeiam a produção de anticorpos pelos linfócitos B e também aumentam as respostas por células T CD8+ efetoras e NK.1 

Uma resposta imunológica adaptativa deficiente, caracterizada por linfopenia e supressão de células T CD4+, provavelmente seria responsável pelos desfechos desfavoráveis dos pacientes graves. Na ausência de uma ativação robusta de células T CD4+, os linfócitos B geram anticorpos policlonais ineficazes na neutralização do SARS-CoV-2. A linfopenia é uma característica comum da COVID-19 grave, se correlacionando com a gravidade e mortalidade da doença.1

Uma análise do sangue periférico de pacientes revelou contagens de linfócitos T diminuídas, associadas a menor ativação e função destas células, incluindo expressão mais baixa das subunidades do receptor de células T (TCR, do inglês T cell receptor) em pacientes com doença grave do que em pacientes com doença leve. Níveis das moléculas de superfície de células T, estimuladores de migração de células T, quinases de sinalização de TCR e moléculas MHC de classe II também foram significativamente menores em pacientes com doença grave, indicando um comprometimento global na resposta imune adaptativa.1

O aumento de linfócitos T exauridos, que expressam altos níveis de marcadores de morte celular programada 1 (PD1 do inglês programmed cell death protein 1), sugere redução na proliferação e atividade de células T CD8+. Da mesma forma, células NK exibem níveis aumentados de receptores inibitórios (NKG2A do inglês CD94–NK group 2 member A). Essas descobertas sugerem que o aumento nos níveis de citocinas inflamatórias induzidas pela infecção por SARS-CoV-2 podem levar ao esgotamento de linfócitos T e de células NK, que posteriormente falham em destruir as células infectadas.1

A atividade citotóxica prejudicada leva à persistência da carga viral, que induz a amplificação de macrófagos e ativação de neutrófilos, com produção massiva de citocinas (um processo conhecido como hipercitocinemia). O excesso de citocinas e a infecção viral persistente leva ao dano vascular sistêmico, coagulação intravascular disseminada (DIC) e a insuficiência de órgãos vitais, incluindo rim e coração.1

No entanto, a linfopenia de linfócitos T também pode ser resultado da morte celular induzida por SARS-CoV-2. Um exame post-mortem do baço e linfonodos de pacientes com COVID-19 identificou altos níveis de apoptose de linfócitos T e aumento da expressão do receptor de morte celular FAS, sugerindo uma morte celular induzida por ativação (AICD, do inglês activation-induced cell death) como responsável pela depleção de linfócitos T em pacientes com doença grave. Análise por citometria de fluxo também revelou uma expressão de FAS significativamente maior em linfócitos T circulantes de pacientes com COVID-19 do que em pessoas saudáveis. Um relatório anterior indicou que ACE2 não é expresso por linfócitos T, descartando a possibilidade de que o SARS-CoV-2 tenha um efeito tóxico direto e apoiando a noção de que a depleção seja resultado de uma AICD. Independentemente da causa, a ausência de uma resposta celular eficaz de linfócitos T e de células NK desempenha uma parte crítica na manutenção da alta carga viral e hiperativação da resposta inata (Fig. 2b).1

Dessa forma, as evidências disponíveis indicam que uma variedade de processos desregulados ocorre na imunidade inata e adaptativa, incluindo a resposta celular e humoral, em resposta à infecção por SARS-CoV-2 (Fig. 2).1

Efeito da infecção por SARS-CoV-2 na função das células endoteliais


As células endoteliais contribuem para a preservação da hemostasia, mantendo a integridade da parede do vaso e equilibrando a fibrinólise através da expressão de inibidores de coagulação, enzimas líticas de coágulo sanguíneo, e manutenção do glicocálice. O SARS-CoV-2 pode alterar a homeostase vascular infectando diretamente as células endoteliais via ACE2 e induzindo endotelite, como visto em um subconjunto de pacientes em estado crítico (Fig. 3a).1
  • Efeito no sistema calicreína-bradicininas
Depois da ligação, o ACE2 é internalizado, reduzindo sua expressão na membrana das células endoteliais e favorecendo a progressão dos processos inflamatórios e trombóticos (Fig. 3a). Além disso, a redução nos níveis de ACE2 limita a degradação da des-Arg-bradicinina (DABK), aumentando a sinalização pró-trombótica pela ativação dos receptores de bradicinina (BKRs) (Fig. 3a).1
  • Efeito no sistema complemento
O sistema complemento é um componente integrante do sistema imunológico inato e compreende mais de 30 proteínas diferentes. Pode ser ativado por três vias diferentes: a clássica, a da lectina e a alternativa. Todas convergindo para a formação de C3 convertases que irão culminar na formação do complexo de ataque à membrana (MAC) C5b-9 em células-alvo. Além disso, complexos de anticorpos específicos e antígenos virais induzem lesão em células endoteliais através da ativação do complexo C1. Apesar de ajudar no controle de infecções bacterianas e virais, sua ativação irrestrita, como no contexto de uma infecção prolongada por SARS-CoV-2, pode ser prejudicial causando danos direto aos tecidos do hospedeiro (Fig. 3b).1

A ativação do sistema complemento leva à lesão e morte de células endoteliais com subsequente exposição da membrana basal trombogênica, que ativa cascatas de coagulação. Estes eventos resultam em inflamação, trombose microvascular, edema de vasos e sequelas hemorrágicas. De fato, pacientes com infecção por SARS-CoV-2 têm risco aumentado de coagulação generalizada de pequenos e grandes vasos, e complicações tromboembólicas venosas, em particular embolias pulmonares agudas, com consequente risco de vida.1
  • Citocinas pró-inflamatórias
Citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias liberadas por macrófagos amplificam o ciclo de ruptura da integridade vascular, coagulação de vasos e trombose por degradação do glicocálice endotelial, ativando o sistema de coagulação e atenuando mecanismos anticoagulantes. Células endoteliais ativadas promovem a infiltração de neutrófilos, que produzem grandes quantidades de mediadores histotóxicos, causando lesão das células endoteliais (Fig. 3c).1

Além disso, as células endoteliais ativadas pelas citocinas também iniciam o processo de coagulação, levando à ativação de plaquetas, formação de fibrina e coagulação dos glóbulos vermelhos, resultando em trombose sistêmica e disseminação da coagulação intravascular (Fig. 3d).1

Este processo é ainda estimulado pela produção de citocinas tróficas nas células endoteliais, que aumentam produção de plaquetas. As plaquetas recrutadas liberam VEGF, estimulando a cascata de coagulação. Juntos, esses eventos contribuem para o aumento da produção de fibrina, induzindo a deposição de coágulos sanguíneos na microvasculatura (Fig. 3).1
Figura 3. Efeito da infecção por SARS-CoV-2 nas células endoteliais, coagulação sistêmica e trombose. (A) O SARS-CoV-2 pode alterar a homeostase vascular infectando diretamente as células endoteliais via ACE2 e induzindo endotelite. Depois da ligação, ACE2 é internalizado, reduzindo sua expressão na membrana das células endoteliais e favorecendo a progressão dos processos inflamatórios e trombóticos desencadeados pela hiperatividade local da angiotensina II (Ang II). Dado que a inibição de ACE2 pelo SARS-CoV-2 reduz a conversão mediada de Ang II em Ang 1–7, ligante vasoativo do receptor MAS, promovendo um ambiente pró-trombótico por meio do aumento da ativação dos receptores de angiotensina tipo 1 (AT1R). Além disso, a redução nos níveis de ACE2 limita a degradação da des-Arg-bradicinina (DABK) em peptídeos inativos, aumentando da sinalização pró-trombótica pela ativação dos receptores de bradicinina (BKRs).(B) O SARS-CoV-2 também ativa o sistema complemento, componente integrante do sistema imunológico inato. Sua ativação ocorre por três vias diferentes: a clássica, a da lectina e a via alternativa. Todas convergem para a formação de C3 convertases que clivam C3 para gerar o peptídeo pró-inflamatório C3a e uma grande quantidade de C3b, que opsonizam patógenos. C3b também forma a C5 convertase, que induz a liberação da potente anafilotoxina C5a, e o fragmento C5b que é responsável pela formação do complexo de ataque à membrana (MAC) C5b-9 em células-alvo, sendo este o evento terminal da ativação do complemento. Além disso, complexos de anticorpos específicos e antígenos virais podem induzir lesão em células endoteliais através da ativação do complexo C1 da via clássica e indução de citotoxicidade dependente de anticorpos (CDA). Apesar de ajudar no controle de infecções bacterianas e virais, sua ativação irrestrita, como no contexto de uma infecção prolongada por SARS-CoV-2, pode ser prejudicial causando dano direto aos tecidos do hospedeiro. (C) Citocinas pró-inflamatórias e quimiocinas liberadas por macrófagos amplificam o ciclo de ruptura da integridade vascular, coagulação de vasos e trombose por degradação do glicocálice endotelial, ativam o sistema de coagulação e atenuam mecanismos anticoagulantes. Estas citocinas e quimiocinas também promovem a infiltração de neutrófilos, que produzem grandes quantidades de mediadores histotóxicos, incluindo espécies reativas de oxigênio (ROS) e “armadilhas” extracelulares de neutrófilos (NETs), causando lesão de células endoteliais. (D) Células endoteliais ativadas iniciam o processo de coagulação pela expressão da selectina P, fator de von Willebrand (vWf) e fibrinogênio, levando a ativação de plaquetas, formação de fibrina e coagulação dos glóbulos vermelhos, resultando em trombose sistêmica e disseminação da coagulação intravascular. (Adaptado de Perico, L. et al. Nat Rev Nephrol (2020).1)

Envolvimento dos rins na COVID-19


O rim expressa altos níveis de ACE2 e de TMPRSS2, sendo identificado como um órgão alvo do SARS-CoV-2 por vários estudos (Fig. 4). Alteração na função renal é um fator de risco significativo para morte em casos graves de pacientes internados em UTI. Em um estudo de coorte prospectivo de 701 pacientes com COVID-19 em Wuhan, China, quase 17% morreram no hospital. Na admissão, 43,9% apresentaram proteinúria e 26,7% hematúria, enquanto 5,1% dos pacientes apresentaram sintomas agudos de lesão renal durante o estudo. Dados publicados posteriormente descreveram uma maior incidência de lesão renal aguda (8-17%) naqueles pacientes com doença crítica (14-35%).1

Glomérulos, podócitos e células endoteliais foram identificados como locais específicos para infecção viral. A disfunção dos podócitos pelo SARS-CoV-2 pode levar a proteinúria e hematúria. A infecção de células endoteliais altera a hemostasia capilar glomerular e induz a formação de trombos de fibrina (Fig. 4a).1 

O SARS-CoV-2 também foi encontrado em células do túbulo proximal, levando a alterações em células epiteliais tubulares, liberação de detritos luminais compostos de epitélio necrótico e ativação do complemento, além de maciça infiltração de macrófagos no interstício renal (Fig. 4b).1 

Paralelamente, a variante genética de "risco" APOL1 pode contribuir para a lesão renal aguda associada a COVID-19 (Fig. 4c).1
Figura 4. Os efeitos da COVID-19 nos rins. (A) Glomérulo, podócitos e células endoteliais são locais específicos para infecção viral. A disfunção dos podócitos pelo SARS-CoV-2 pode induzir o comprometimento da filtração glomerular, levando a proteinúria e hematúria, que são frequentemente observadas em pacientes com COVID-19. A infecção de células endoteliais altera a hemostasia capilar glomerular e induz a formação de trombos de fibrina. (B) SARS-CoV-2 também foi encontrado em células do túbulo proximal. A infecção leva à perda da borda em escova e degeneração vacuolar das células epiteliais tubulares, liberação de detritos luminais compostos de epitélio necrótico, com evidência de ativação do sistema complemento, formação do MAC (C5b-9) nas células tubulares e maciça infiltração de macrófagos no interstício renal. (C) Um mecanismo não dependente do vírus também pode ser responsável pela disfunção renal no contexto da COVID-19, incluindo uma possível contribuição do genótipo "risco" APOL1 na indução de glomeruloesclerose segmentar focal após infecção por SARS-CoV-2, bem como alterações hemodinâmicas, insuficiência cardíaca, altos níveis de ventilação mecânica, hipovolemia, tratamentos com drogas nefrotóxicas e sepse nosocomial resultando em lesão renal aguda associada a COVID-19. (Adaptado de Perico, L. et al. Nat Rev Nephrol (2020).1)

Evidências sugerem que a modulação dos mecanismos imunológicos em pacientes com insuficiência renal pode ter consequências para o desfecho da doença. Dados do Japão mostraram mortalidade substancialmente mais alta entre os pacientes em hemodiálise de manutenção com COVID-19 do que entre os pacientes não dialíticos, embora esta diferença na mortalidade possa ser devido à idade avançada de pacientes em hemodiálise. Dois outros estudos do Reino Unido e da Itália também relataram mortalidade significativamente maior entre os pacientes em hemodiálise do que entre a população não dialítica.1

Conclusões


As evidências disponíveis demonstram que a infecção por SARS-CoV-2 induz uma disfunção imunológica, lesão endotelial generalizada, coagulopatia associada ao complemento e microangiopatia sistêmica. O desfecho clínico da COVID-19 parece ser fortemente dependente da resposta individual do hospedeiro. Embora a contribuição das diferenças nas cargas virais para o resultado clínico não possa ser excluída, é possível que a predisposição genética ou fatores biológicos possam modular a gravidade da doença.1

Dado os mecanismos patogênicos envolvidos no desenvolvimento da COVID-19 grave, variando de hiperativação imunológica a complicações tromboembólicas, é improvável que um único tratamento individual seja eficaz. A natureza patogênica multifatorial da doença indica que múltiplas vias de tratamento podem ser necessárias.1
 

As evidências disponíveis demonstram que a infecção por SARS-CoV-2 induz uma disfunção imunológica, lesão endotelial generalizada, coagulopatia associada ao complemento e microangiopatia sistêmica. O resultado clínico da COVID-19 parece ser fortemente dependente da resposta individual do hospedeiro. Embora a contribuição das diferenças nas cargas virais para o resultado clínico não possa ser excluída, é possível que a predisposição genética ou fatores biológicos possam modular a gravidade da doença.1