PROSAIC-19 - Evaluación Longitudinal Prospectiva en una Cohorte de Infectados por COVID-19 (PROSAIC-19)

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

La enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) causada por la infección por SARS-CoV-2 es una nueva enfermedad infecciosa de rápida propagación sin opciones de tratamiento probadas. El virus causa un espectro de enfermedades que van desde síntomas corizales leves hasta un compromiso respiratorio grave que requiere soporte ventilatorio. La orientación de Public Health England identifica varios grupos que están en riesgo de enfermedad grave, incluidos los ancianos y las personas con enfermedad pulmonar crónica. Además, también existe un debate sobre el papel de los corticosteroides con algunas pautas hospitalarias que recomiendan su uso a pesar de que las pautas de la OMS lo contradicen debido a la preocupación de que puedan afectar la inmunidad antiviral y empeorar la enfermedad. Los mecanismos que impulsan la gravedad de la enfermedad en ciertas personas infectadas con COVID-19 son poco conocidos. Necesitamos urgentemente comprender estos mecanismos para facilitar el rápido desarrollo de nuevas terapias y vacunas efectivas.

1. Inmunosusceptibilidad a la enfermedad grave por COVID-19

Existen varios mecanismos putativos a través de los cuales el SARS-CoV-2 podría provocar una mayor gravedad de la enfermedad en personas predispuestas. Éstas incluyen:

1. Deterioro de las respuestas inmunitarias antivirales innatas

   Después de la entrada viral, la respuesta inmunitaria innata a los virus respiratorios implica la inducción de los interferones (IFN) de tipo I y III. Esto inicia una cascada que desencadena la expresión de una variedad de genes estimulados por interferón que expresan proteínas que actúan en conjunto para limitar la replicación viral. Las enfermedades pulmonares crónicas, en particular el asma, la fibrosis quística (FQ) y la EPOC, se asocian con una inducción alterada o desregulada de interferón a virus que se encuentran comúnmente, como el rinovirus y la influenza, y puede ocurrir una desregulación similar con el SARS-CoV-2. El interferón-β inhalado se encuentra actualmente en ensayos como terapia antiviral para el asma y la EPOC.

2. Respuestas inflamatorias exageradas a la infección viral

   Las infecciones virales respiratorias comunes, como la influenza y el virus respiratorio sincitial (RSV), pueden promover la patología viral mediada por anticuerpos y respuestas de células T. La evidencia preliminar sugiere que la enfermedad grave por COVID-19 está asociada con la hiperinflamación, una característica que podría ser impulsada directamente por la carga del virus u ocurrir debido a una hiperactivación independiente del sistema inmunitario. Las infecciones por coronavirus humano, incluido el SARS-CoV, pueden inducir inmunopatología en los pulmones a través de varios mecanismos diferentes, incluida la mejora de anticuerpos de la infección por SARS-CoV por macrófagos humanos. Se han demostrado aumentos significativos en las citocinas proinflamatorias que expresan CD4 y CD8 en la enfermedad grave por SARS-CoV en comparación con la enfermedad leve/moderada.

   En consecuencia, ha habido un interés considerable en el papel potencial de reutilizar las terapias inmunosupresoras existentes para el tratamiento de la COVID-19 grave. Los mediadores y vías clave que impulsan la hiperinflamación en COVID-19 no están claros y una mayor aclaración de estos procesos informará la reutilización de terapias existentes o el desarrollo de enfoques novedosos para un tratamiento efectivo. La implicación de las respuestas basales desreguladas de las células T, como las observadas en la enfermedad pulmonar crónica (p. asma, EPOC, fibrosis quística) no está claro y requiere una mayor comprensión del mecanismo. Como tal, todavía no está claro si las terapias inmunosupresoras actualmente en ensayos clínicos serán beneficiosas o perjudiciales en estas grandes cohortes de pacientes susceptibles.

3. Función endotelial dependiente de interferón desregulada para COVID-19

   El síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) se caracteriza por edema pulmonar hidrostático, resistencia vascular pulmonar elevada y coagulopatía, existe una interrupción de la función endotelial con liberación desregulada de hormonas vasoactivas derivadas del endotelio. Los niveles circulantes de endotelina-1 aumentan en pacientes con ARDS[16], probablemente debido a una mayor producción y disminución de la eliminación en los pulmones, potencialmente regulada por la angiopoyetina-1.

   La infección grave por SARS-CoV-2 se asocia con tormenta de citocinas. Los niveles séricos elevados de varias citocinas inflamatorias clave, como IFN-gamma, TNF-alfa, IP10, IL-8 e IL-10, y los niveles elevados de IL-6 están fuertemente asociados con la mortalidad. La liberación de IL-6 es inducida sinérgicamente por IFN-gamma y TNF-alfa y, en un mecanismo de retroalimentación positiva, una dosis baja de IL-6 mejora fuertemente las respuestas celulares a IFN-alfa y modula la expresión génica estimulada por interferón. En un modelo murino experimental, encontramos que la infección con rinovirus con coestimulación de IFN conduce a niveles elevados de lavado broncoalveolar de IL-6 (Singanayagam et al, observaciones no publicadas). Estos datos sugieren que en pacientes con COVID-19 grave, se produce un proceso hiperinflamatorio y planteamos la hipótesis de que a través de la producción desregulada y descontrolada de IFN, los genes clave vasculoinflamatorios estimulados por interferón, incluidos IP10 y ET-1, generan peores resultados con aumento del parénquima vascular y pulmonar. inflamación. Esto da como resultado una dicotomía en la que se requiere la inducción inicial de IFN para limitar la replicación viral, pero la producción tardía no controlada puede empeorar la fisiopatología. Esto está respaldado por datos clínicos emergentes que sugieren un fenotipo único para los pacientes de cuidados críticos con SARS-CoV-2 caracterizados por hipoxia severa con distensibilidad pulmonar casi normal.

4. Expresión alterada del receptor de entrada viral: los datos recientes indican que el SARS-CoV-2 utiliza la enzima convertidora de angiotensina (ACE)2 como receptor para la unión viral y también la proteasa TMPRSS2 que escinde la proteína de pico (S) para permitir la fusión del virus con celular membranas ACE2 y TMPRSS2 se coexpresan con frecuencia en el epitelio pulmonar. Un estudio reciente también mostró que ACE2 es un gen estimulado por interferón (ISG) (es decir, inducido directamente por la respuesta antiviral) y, por lo tanto, el SARS-CoV-2 podría regular al alza su propio receptor para propagar la infección. Datos recientes indican que los fumadores y los sujetos con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) tienen una mayor expresión pulmonar de ACE2, lo que sugiere que la enfermedad pulmonar crónica podría facilitar una mayor infección por SARS-CoV-2. Por el contrario, la expresión de ACE2 protege contra la lesión pulmonar aguda en el contexto de la aspiración de ácido o la sepsis y, por lo tanto, si la inducción de ACE2 por SARS-CoV se ve afectada en la enfermedad pulmonar crónica, esto podría predisponer a un resultado adverso.
5. Aumento de infecciones bacterianas y/o fúngicas secundarias

En las primeras series de casos, se han observado infecciones secundarias con mayor frecuencia en sujetos con enfermedad grave por COVID-19. La infección bacteriana secundaria es un fenómeno bien reconocido después del rinovirus, la influenza o el virus sincitial respiratorio y puede ser impulsada mecánicamente por una variedad de posibles mecanismos que incluyen la fagocitosis de macrófagos o la escisión de péptidos antimicrobianos mediada por elastasa de neutrófilos. Estos procesos pueden empeorar con el uso de corticoides28 y, llama la atención, que a una mayor proporción de pacientes con infecciones secundarias a la COVID-19 se les había prescrito esteroides.

También se ha observado enfermedad fúngica invasiva compatible con aspergilosis tanto para el coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2003) como para el coronavirus del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV), e informes anecdóticos de autopsias en pacientes con COVID-19 de China sugiere que se produzcan infecciones pulmonares por Aspergillus. Estos datos son señales de alerta temprana de que las infecciones fúngicas invasivas secundarias pueden presentar una complicación cada vez más grave en pacientes afectados por COVID-19 a medida que avanza la pandemia. Comprender la base mecánica de la susceptibilidad inmunitaria a la infección bacteriana/fúngica secundaria y la capacidad de prevenir estas infecciones secundarias podría ser un paso clave para mejorar los resultados de la enfermedad.

1.2 FUNDAMENTO DEL ESTUDIO ACTUAL

En este estudio, los investigadores analizarán muestras de sangre y vías respiratorias de personas con COVID-19 confirmado para comprender los mecanismos inmunitarios que conducen a una enfermedad grave. Aclararemos los mecanismos específicos que impulsan una patología más grave en individuos de mayor riesgo, como aquellos con enfermedad pulmonar crónica. A través de inmunoperfiles detallados, identificaremos vías clave y objetivos farmacológicos para explotar en futuros estudios de intervención clínica.

Hipótesis:

1. Las personas de alto riesgo, incluidas las personas con enfermedad pulmonar crónica, tienen respuestas inmunitarias antivirales deficientes al SARS-CoV-2, lo que aumenta la inflamación inducida por el virus.
2. La disfunción endotelial dependiente de interferón impulsa la patogenicidad en la infección por SARS-CoV-2.
3. La susceptibilidad a infecciones bacterianas y fúngicas secundarias en la enfermedad pulmonar crónica está relacionada con defectos de la vía selectiva en la función inmunitaria innata.

2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO

Objetivo primario:

1. Comprender los mecanismos inmunitarios que impulsan la enfermedad por COVID-19 en pacientes con antecedentes de enfermedad pulmonar

Objetivos secundarios

1. Identificar correlatos inmunológicos de protección y patología pulmonar en la infección por SARS-CoV-2.
2. Análisis de la función endotelial en pacientes con COVID-19 leve y grave y ex vivo utilizando células endoteliales derivadas de sangre estimuladas con virus de pacientes con COVID-19.
3. Evaluación de los cambios en la microbiota y la micobiota de las vías respiratorias superiores/inferiores que se producen durante la COVID-19.
4. Evaluación de las respuestas inmunes de sangre periférica ex vivo a estímulos virales, bacterianos y fúngicos en pacientes con COVID-19 y enfermedad pulmonar crónica en comparación con pacientes con COVID-19 y sin enfermedad pulmonar crónica.
5. Análisis del impacto en la calidad de vida de la infección por COVID-19 en la enfermedad pulmonar crónica.

3. DISEÑO DEL ESTUDIO

A través de un estudio observacional multicéntrico longitudinal prospectivo de 24 meses (Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea and Westminster NHS Foundation Trust e Imperial College Healthcare NHS Trusts), el equipo del estudio analizará muestras de sangre, esputo y nasales junto con pruebas no invasivas del dispositivo EndoPAT en un total de 230 sujetos. El equipo del estudio obtendrá muestras de sangre periférica, esputo, lavado nasal, cepillado y matriz de absorción sintética nasal (SAM) y realizará pruebas EndoPAT no invasivas el día de la presentación en el hospital y a intervalos semanales durante la hospitalización y luego durante las visitas ambulatorias posteriores a la hospitalización. alta durante un período de seguimiento de 12 meses. El equipo del estudio recopilará información clínica que incluye datos demográficos, investigaciones de laboratorio de rutina, puntajes de síntomas clínicos y resultados. Las imágenes de radiología seudoanonimizadas vinculadas también se transferirán para su análisis.

Las muestras de esputo expectorado espontáneamente, lavado nasal, cepillado y matriz de absorción sintética nasal (SAM) se tomarán y procesarán como se describió anteriormente y se almacenarán a -800C para análisis posteriores que incluyen ELISA/MSD, medición de carga viral y análisis de microbioma. La sangre venosa (60 ml) se introducirá en tubos de heparina de litio y tubos de ARN PAXgene y se transferirá al Imperial College (RBH) para su procesamiento y almacenamiento. Las PBMC se extraerán para ensayos de estimulación in vitro y la sangre completa (1 ml) y el suero (2 ml) se aislarán y almacenarán a -80 °C para su posterior análisis. Los tubos PAXgene se almacenarán a -80 °C para realizar más análisis de secuenciación genética del huésped. Análisis inmunológico adicional utilizando la visualización de la superficie de la levadura para el perfil de anticuerpos séricos, clasificación de células B individuales para generar anticuerpos monoclonales y ELISPOT para analizar ELISPOT de células T CD4 y CD8 para grupos de péptidos SARS CoV-2. Se realizarán más perfiles inmunológicos profundos utilizando análisis de citoquinas, respuesta de citoquinas de PBMC a estímulos virales (o agonistas de PRR virales), hongos, visualización de superficie de levadura para perfiles de anticuerpos séricos, clonación de expresión de células B de memoria única. El ELISPOT de células T CD4 y CD8 se realizará como se describió anteriormente. También se realizarán pruebas EndoPAT no invasivas como se describió anteriormente.