Lesione cardiaca in COVID-19: uno studio di patologia

Dal dicembre 2019, la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19) causata dalla sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ha provocato una notevole morbilità e mortalità in tutto il mondo. Al 21 aprile 2020, l'Italia e gli Stati Uniti hanno registrato rispettivamente oltre 187.000 e 855.000 casi di malattia COVID-19 confermata, con uno dei tassi di mortalità più alti al mondo, che si attesta a oltre 25.000 individui in Italia e 47.000 negli Stati Uniti. I modelli epidemiologici di più gruppi indicano la portata del problema, con un potenziale di oltre 200.000 morti solo negli Stati Uniti, con un'ampia percentuale della popolazione infetta. La mortalità da COVID-19 è associata alla presenza di gravi malattie respiratorie, sebbene studi recenti indichino che il 20%-30% dei pazienti ha evidenza di danno cardiaco associato a COVID-19 definito come diminuzione della frazione di eiezione o aumento della troponina I (1,2) . Prove aneddotiche suggeriscono la presenza di reperti ECG anormali compatibili con l'ischemia miocardica, ma rimane incerto se ciò derivi da trombosi coronarica epicardica, miocardite o trombosi microvascolare, sebbene tutti siano stati postulati (3). Indipendentemente da ciò, i pazienti con danno cardiaco hanno una mortalità più elevata rispetto a quelli senza, e in alcuni di questi pazienti è stata descritta morte cardiaca improvvisa (1). Due terzi dei pazienti con anamnesi cardiovascolare avevano maggiori probabilità di sviluppare complicanze cardiache (4). Rapporti isolati hanno descritto miocardite fulminante in un contesto di alta carica virale con reperti autoptici compatibili con infiltrati mononucleari infiammatori (5). Tuttavia, non sono mai stati condotti studi autoptici sistematici su pazienti deceduti per COVID-19. L'Ospedale Papa Giovanni XXIII di Bergamo aveva trattato circa 2000 pazienti con COVID-19 ed eseguito sistematiche autopsie cardiache su una serie di 60 pazienti deceduti o che presentavano/senza quadro di lesione cardiaca ed erano positivi al COVID-19. Sono disponibili dati clinici dettagliati su tutti questi pazienti.

Background Molto sulla patogenesi della SARS-CoV-2 e del cuore rimane sconosciuto. L'enzima di conversione dell'angiotensina (AT) 2 (ACE2) è noto come recettore cellulare sia per SARS-CoV che per SARS-CoV-2, ma anche come controregolatore endogeno del sistema renina-angiotensina (RAS). L'ACE2 è espresso ubiquitariamente con i più alti livelli rilevati nel sistema cardiovascolare (cardiomiociti, fibroblasti cardiaci, cellule muscolari lisce vascolari e cellule endoteliali) così come nell'intestino, nei reni e nei polmoni. In generale, la perdita di ACE2 aumenta la suscettibilità alle malattie cardiovascolari come l'infarto del miocardio e l'ipertensione, mentre il guadagno di funzione ACE2 ha mostrato ruoli protettivi in ​​vari modelli di malattie cardiovascolari (6). Il ruolo bifunzionale di ACE2 come recettore per SARS-COV-2 ma anche come fattore protettivo contro le malattie cardiovascolari significa che è necessaria un'attenta comprensione del ruolo di ACE2 durante SARS-CoV-2. In questa proposta i ricercatori esamineranno i tessuti cardiaci di pazienti che muoiono di COVID-19 ed esamineranno l'effetto dell'infezione sull'espressione di ACE2 su varie cellule cardiache. Gli investigatori valuteranno e convalideranno anche questo meccanismo ipotizzato di ingresso virale da parte di ACE2 e serina proteasi transmembrana che promuove l'ingresso di SARS-COV-2 nelle cellule attraverso meccanismi separati.

Obiettivi dello studio:

1. Descrivere i risultati patologici cardiaci di una serie di 60 pazienti deceduti per COVID-19 utilizzando campioni cardiaci inviati all'istituto CVPath dall'ospedale Papa Giovanni XXIII, Bergamo, Italia per studiare le correlazioni tra fattori di rischio clinico e risultati miocardici e differenza rispetto ad altre miocarditi virali;
2. Comprendere la relazione tra la carica virale nei tessuti cardiaci e l'entità del danno osservato sulle sezioni istologiche del miocardio; e
3. Co-localizzare il SARS-CoV-2 utilizzando l'ibridazione in situ RNAscope, con il suo recettore di ingresso ACE2 e la serina proteasi TMPRSS2 (tipo II transmembrana serina proteasi) in diversi tipi di cellule presenti nel cuore, come endoteliale, muscolo liscio, miocardico, fibroblastico e cellule infiammatorie, per comprendere meglio la patogenesi della malattia.

Metodi:

Lo studio è stato approvato dal comitato etico dell'Ospedale Papa Giovanni XXIII e dal CVPath Institute IRB (Institutional Review Board).

Tutti i campioni vengono fissati in formalina tamponata al 10%. I cuori verranno spediti a CVPath in conformità con tutte le normative sulle spedizioni internazionali e le linee guida dei CDC (Centers for Disease Control and Prevention) degli Stati Uniti (www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/guidance-postmortem campioni.html). Al campione viene assegnato un identificatore univoco e i cuori vengono pesati dopo che i coaguli di sangue sono stati rimossi dalle cavità e i ventricoli cardiaci vengono tagliati parallelamente alla giunzione atrioventricolare posteriore per determinare l'assenza di qualsiasi necrosi o fibrosi. Gli emboli polmonari e qualsiasi anomalia del ventricolo destro vengono valutati per escludere qualsiasi causa attribuibile di morte. Il cuore viene pesato e radiografato e se si osserva una calcificazione le arterie coronarie epicardiche vengono rimosse intatte lontano dal cuore e i segmenti decalcificati in base all'entità della calcificazione. Il resto delle arterie viene sottoposto a inclusione in paraffina a intervalli di 3-4 mm per escludere qualsiasi aterosclerosi significativa (stenosi dell'area della sezione trasversale del 75%) o qualsiasi trombosi.

In totale sei sezioni del miocardio (LV anteriore, posteriore e laterale (ventricolo sinistro), setto ventricolare, parete anteriore e posteriore del ventricolo destro) vengono abitualmente prese trasversalmente, incluse in paraffina e colorate con ematossilina ed eosina (H&E) per valutazione istologica. Se si osserva una patologia specifica, verranno presentate sezioni aggiuntive per determinare l'eziologia dei risultati. L'esame istologico viene eseguito per escludere qualsiasi processo infiltrativo o infiammatorio o qualsiasi disordine delle miofibre del miocardio, malattia intramiocardica dei piccoli vasi o fibrosi focale o interstiziale. La presenza di qualsiasi processo cardiomiopatico sarà esclusa dall'esame macroscopico e istologico. Se l'intervallo post-mortem è breve, verrà eseguito l'esame al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) per determinare la presenza del virus e il tipo di cellula che ospita il virus.

Verranno effettuate correlazioni con i risultati dell'autopsia con i dati clinici resi anonimi disponibili tra cui ECG, ecocardiografia e cateterismo cardiaco (ove disponibile). Le caratteristiche patologiche cardiache di COVID-19 saranno confrontate con 60 casi di miocardite virale che sono stati precedentemente raccolti nel CVPath Registry. Una RT-PCR (reazione a catena della polimerasi a trascrizione inversa) specificamente progettata per SARS-CoV-2 sarà condotta su RNA estratto da campioni miocardici per quantificare la quantità di virus nel miocardio per ciascun campione. Saranno prelevati anche campioni di RNA dalle arterie coronarie. La carica virale calcolata sarà correlata con i punteggi del danno miocardico inclusi necrosi miocardica, infarto miocardico, miocardite, numero di cellule infiammatorie, tipo, ecc.

RNAscope Ibridazione in situ. Il rilevamento in situ di SARS-CoV-2 con ACE2 e TMPRSS2 nell'endotelio (VE-caderina), nel miocardio (Cx43 e Myh6), nelle cellule muscolari lisce (SM22 alfa) e nei linfociti (CD3, CD4, CD8) verrà eseguito utilizzando un RNAscope test con RNAscope Probe-V-nCoV2019-S-sense e Probe-V-nCoV2019-S (Advanced Cell Diagnostics) seguendo i protocolli del produttore. La correlazione sarà effettuata con i tipi cellulari specifici menzionati mediante doppia immunofluorescenza come precedentemente descritto (7).

Questo studio si tradurrà in una maggiore comprensione della patologia del danno cardiaco nei pazienti con COVID-19. In questo modo si aprirà la porta allo sviluppo di nuove opzioni terapeutiche per il trattamento di questi pazienti durante un'epidemia di dimensioni e portata senza precedenti.