Virología transmisión y patogenia del SARS-CoV-2. ¿Qué sabemos hasta ahora sobre la fisiopatología del virus?

Lo que necesita saber

• El SARS-CoV-2 es genéticamente similar al SARS-CoV-1, pero las características del SARS-CoV-2, por ejemplo, las diferencias estructurales en sus proteínas de superficie y la cinética de carga viral, pueden ayudar a explicar su mayor tasa de transmisión.
• En el tracto respiratorio, la carga máxima de SARS-CoV-2 se observa en el momento del inicio de los síntomas o en la primera semana de la enfermedad, y la disminución subsiguiente a partir de entonces, indica el mayor potencial de infecciosidad justo antes o durante los primeros cinco días del inicio de los síntomas.
• Las pruebas de reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa (RT-PCR) pueden detectar el ARN viral del SARS-CoV-2 en el tracto respiratorio superior durante una media de 17 días; sin embargo, la detección de ARN viral no necesariamente equivale a infecciosidad, y el cultivo viral de muestras de las vías respiratorias superiores positivas por PCR rara vez ha sido positivo después de nueve días de la enfermedad.
• Es probable que la transmisión sintomática y presintomática (1-2 días antes del inicio de los síntomas) desempeñe un papel más importante en la propagación del SARS-CoV-2 que la transmisión asintomática
• Se ha informado de una amplia gama de anticuerpos neutralizantes de virus y la evidencia emergente sugiere que estos pueden correlacionarse con la gravedad de la enfermedad, pero disminuyen con el tiempo.

Desde la aparición del SARS-CoV-2 en diciembre de 2019, ha habido un esfuerzo mundial sin precedentes para caracterizar el virus y el curso clínico de la enfermedad. La enfermedad por coronavirus 2019 (covid-19), causada por el SARS-CoV-2, sigue un patrón bifásico de enfermedad que probablemente resulta de la combinación de una fase de respuesta viral temprana y una segunda fase inflamatoria. La mayoría de las presentaciones clínicas son leves y el patrón típico de covid-19 se parece más a una enfermedad similar a la influenza, que incluye fiebre, tos, malestar, mialgia, dolor de cabeza y alteraciones del gusto y el olfato, en lugar de una neumonía grave (aunque hay evidencia emergente, las consecuencias del término aún no se han entendido en detalle) .1 En esta revisión, proporcionamos una actualización amplia sobre la comprensión emergente de la fisiopatología del SARS-CoV-2, incluida la virología, la dinámica de transmisión y la respuesta inmune al virus. Cualquiera de los mecanismos y suposiciones discutidos en el artículo y en nuestra comprensión de covid-19 pueden revisarse a medida que surjan más pruebas.

Que sabemos sobre el virus

El SARS-CoV-2 es un β-coronavirus envuelto, con una secuencia genética muy similar al SARS-CoV-1 (80%) y al coronavirus de murciélago RaTG13 (96,2%). 2 La envoltura viral está recubierta por glicoproteína pico (S), proteínas de la envoltura (E) y de la membrana (M) (figura 1). La unión y la entrada de la célula huésped están mediadas por la proteína S. El primer paso en la infección es la unión del virus a una célula huésped a través de su receptor objetivo. La subunidad S1 de la proteína S contiene el dominio de unión al receptor que se une al dominio de peptidasa de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE 2). En el SARS-CoV-2, la subunidad S2 está muy conservada y se considera un posible objetivo antiviral. La estructura del virus y el ciclo de replicación se describen en la figura 1.

Figura 1

Figura 1 El virus se une a la ECA 2 como receptor de la célula diana del huésped en sinergia con la serina proteasa 2 transmembrana del huésped (proteína de la superficie celular), que se expresa principalmente en las células epiteliales de las vías respiratorias y en las células endoteliales vasculares. Esto conduce a la fusión de la membrana y libera el genoma viral en el citoplasma del hospedador (2). Las etapas (3-7) muestran los pasos restantes de la replicación viral, que conducen al ensamblaje, la maduración y la liberación del virus.

Los coronavirus tienen la capacidad de corrección de pruebas durante la replicación y, por lo tanto, las tasas de mutación son más bajas que en otros virus de ARN. A medida que el SARS-CoV-2 se ha extendido a nivel mundial, al igual que otros virus, ha acumulado algunas mutaciones en el genoma viral, que contiene firmas geográficas. Los investigadores han examinado estas mutaciones para estudiar la caracterización del virus y comprender la epidemiología y los patrones de transmisión. En general, las mutaciones no se han atribuido a cambios fenotípicos que afecten a la transmisibilidad o patogenicidad viral. Se ha postulado que la variante G614 en la proteína S aumenta la infectividad y la transmisibilidad del virus.3 Se notificaron cargas virales más altas en muestras clínicas con virus que contenían G614 que con la variante D614 circulante anteriormente, aunque no se estableció una asociación con la gravedad de la enfermedad medida por resultados de hospitalización.3 Estos hallazgos aún no se han confirmado con respecto a la infección natural.

¿Por qué el SARS-CoV-2 es más infeccioso que el SARS-CoV-1?

El SARS-CoV-2 tiene un número reproductivo (R0) más alto que el SARS-CoV-1, lo que indica una propagación mucho más eficiente.1 Varias características del SARS-CoV-2 pueden ayudar a explicar esta transmisión mejorada. Si bien tanto el SARS-CoV-1 como el SARS-CoV-2 interactúan preferentemente con el receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE 2), el SARS-CoV-2 tiene diferencias estructurales en sus proteínas de superficie que permiten una unión más fuerte al receptor ACE 2 y mayor eficiencia en la invasión de las células huésped.1 El SARS-CoV-2 también tiene mayor afinidad (o unión) por el tracto respiratorio superior y la conjuntiva, 5 por lo que puede infectar el tracto respiratorio superior y conducir las vías respiratorias más fácilmente.6

Dinámica de carga viral y duración de la infecciosidad

La cinética de carga viral también podría explicar algunas de las diferencias entre SARS-CoV-2 y SARS-CoV-1. En el tracto respiratorio, la carga máxima de SARS-CoV-2 se observa en el momento de la aparición de los síntomas o en la primera semana de la enfermedad con una disminución posterior a partir de entonces, lo que indica el mayor potencial de infecciosidad justo antes o dentro de los primeros cinco días de la aparición de los síntomas ( fig 2) .7 En cambio, en el SARS-CoV-1 las cargas virales más altas se detectaron en el tracto respiratorio superior en la segunda semana de enfermedad, lo que explica su contagio mínimo en la primera semana después del inicio de los síntomas, lo que permite la detección precoz de casos en la comunidad.7

Figura 2 Después de la exposición inicial, los pacientes suelen desarrollar síntomas dentro de 5-6 días (período de incubación). El SARS-CoV-2 genera una amplia gama de manifestaciones clínicas, que van desde una infección leve hasta una enfermedad grave acompañada de una alta mortalidad. En pacientes con infección leve, la respuesta inmune inicial del huésped es capaz de controlar la infección. En la enfermedad grave, la respuesta inmune excesiva conduce a daño orgánico, ingreso en cuidados intensivos o muerte. La carga viral alcanza su punto máximo en la primera semana de infección, luego disminuye gradualmente, mientras que la respuesta de anticuerpos aumenta gradualmente y a menudo es detectable el día 14 (figura adaptada con permiso de doi: 10.1016 / j.cell.2020.04.013; doi: 10.1016 / S2213-2600 (20) 30230-7)

La tecnología de reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa con transcripción inversa (qRT-PCR) puede detectar el ARN viral del SARS-CoV-2 en el tracto respiratorio superior durante una media de 17 días (máximo 83 días) después de la aparición de los síntomas.7 Sin embargo, la detección de ARN viral por la qRT -PCR no necesariamente equivale a infecciosidad, y el cultivo viral de muestras de vías respiratorias superiores positivas a PCR rara vez ha sido positivo después de nueve días de enfermedad.5 Esto corresponde a lo que se sabe sobre la transmisión basado en estudios de rastreo de contactos, que es que la capacidad de transmisión es máxima en la primera semana de la enfermedad, y no se ha documentado la transmisión después de este período8. Los pacientes gravemente enfermos o inmunodeprimidos pueden tener una diseminación del virus relativamente prolongada y algunos pacientes pueden tener una diseminación intermitente de ARN; sin embargo, los resultados de niveles bajos cercanos al límite de detección pueden no constituir partículas virales infecciosas. Si bien las personas asintomáticas (aquellas que no presentan síntomas durante la infección) pueden transmitir la infección, su grado relativo de contagiosidad parece ser limitado.91011 Las personas con síntomas leves (paucisintomáticas) y aquellas cuyos síntomas aún no han aparecido todavía portan grandes cantidades de virus en el tracto respiratorio superior, que podría contribuir a la fácil y rápida propagación del SARS-CoV-2.7 Es probable que la transmisión sintomática y presintomática (uno o dos días antes del inicio de los síntomas) desempeñe un papel más importante en la propagación del SARS-CoV- 2.1012 Sigue siendo necesaria una combinación de medidas preventivas, como el distanciamiento físico y las pruebas, la localización y el autoaislamiento.

Ruta de transmisión y dinámica de transmisión

Como otros coronavirus, el mecanismo principal de transmisión del SARS-CoV-2 es a través de gotitas respiratorias infectadas, y la infección viral ocurre por contacto directo o indirecto con la mucosa nasal, conjuntival u oral. Los receptores del huésped diana se encuentran principalmente en el epitelio del tracto respiratorio humano, incluidas la orofaringe y las vías respiratorias superiores. La conjuntiva y el tracto gastrointestinal también son susceptibles a infecciones y pueden servir como portales de transmisión6.

El riesgo de transmisión depende de factores como el patrón de contacto, el medio ambiente, la infecciosidad del huésped y los factores socioeconómicos, como se describe en otra parte.12 La mayor parte de la transmisión ocurre a través del contacto cercano (15 minutos cara a cara y dentro de 2 m), 13 y la propagación es especialmente eficiente dentro de los hogares y a través de reuniones de familiares y amigos.12 Las tasas de ataque secundario en el hogar (la proporción de individuos susceptibles que se infectan dentro de un grupo de contactos susceptibles con un caso primario) varía del 4% al 35% .12 Dormir en la misma habitación ya que, o ser cónyuge de una persona infectada aumenta el riesgo de infección, pero el aislamiento de la persona infectada lejos de la familia se relaciona con un menor riesgo de infección.12 Otras actividades identificadas como de alto riesgo incluyen cenar cerca de la persona infectada , compartir alimentos y participar en actividades grupales 12 El riesgo de infección aumenta sustancialmente en entornos cerrados en comparación con los entornos al aire libre.12 La transmisión de aerosoles aún puede ser un factor durante una estadía prolongada en ambientes interiores con mucha gente y con poca ventilación (lo que significa que la transmisión podría ocurrir a una distancia> 2 m).

El papel de la excreción fecal en la transmisión del SARS-CoV-2 y el alcance de la transmisión de fómites (a través de superficies inanimadas) también quedan por comprender por completo. Tanto el SARS-CoV-2 como el SARS-CoV-1 permanecen viables durante muchos días en superficies lisas (acero inoxidable, plástico, vidrio) y a temperaturas y humedad más bajas (p. Ej., Ambientes con aire acondicionado). a la mucosa de los ojos, la nariz y la boca a través de las manos sin lavar es una posible vía de transmisión. Esta vía de transmisión puede contribuir especialmente en instalaciones con áreas comunes, con mayor probabilidad de contaminación ambiental. Sin embargo, tanto el SARS-CoV-1 como el SARS-CoV-2 se inactivan fácilmente con los desinfectantes de uso común, lo que enfatiza el valor potencial de la limpieza de superficies y el lavado de manos. Se ha encontrado ARN del SARS-CoV-2 en muestras de heces y la eliminación de ARN a menudo persiste durante más tiempo que en las muestras respiratorias7; sin embargo, el aislamiento del virus rara vez ha tenido éxito en las heces.57 Ningún informe publicado describe la transmisión fecal-oral. En el SARS-CoV-1, no se consideró que ocurriera transmisión fecal-oral en la mayoría de las circunstancias; pero, un brote explosivo se atribuyó a la aerosolización y la propagación del virus a través de un bloque de apartamentos a través de un sistema de alcantarillado defectuoso.19 Queda por verse si se puede producir una transmisión similar con el SARS-CoV-2.

Patogénesis

Entrada e interacción viral con células diana

El SARS-CoV-2 se une a la ECA 2, el receptor de la célula diana del hospedador.1 La replicación activa y la liberación del virus en las células pulmonares provocan síntomas inespecíficos como fiebre, mialgia, dolor de cabeza y síntomas respiratorios.1 En un estudio experimental modelo de hámster, el virus causa daños transitorios en las células del epitelio olfatorio, que conduce a una disfunción olfativa, que puede explicar la pérdida temporal del gusto y el olfato que se observa comúnmente en el covid-19.20 La distribución de los receptores ACE 2 en diferentes tejidos puede explicar los sitios de infección y los síntomas del paciente. Por ejemplo, el receptor ACE 2 se encuentra en el epitelio de otros órganos como el intestino y las células endoteliales en el riñón y los vasos sanguíneos, lo que puede explicar los síntomas gastrointestinales y las complicaciones cardiovasculares.21 Se ha observado endoteliitis linfocítica en el examen patológico post mortem de la pulmón, corazón, riñón e hígado, así como necrosis de células hepáticas e infarto de miocardio en pacientes que murieron por covid-19.122 Estos hallazgos indican que el virus afecta directamente a muchos órganos, como se observó en el SARS-CoV-1 e influenzae.

Queda mucho por conocer.

¿Los cambios patológicos en el tracto respiratorio o la disfunción endotelial son el resultado de una infección viral directa, desregulación de citocinas, coagulopatía o son multifactoriales?

 ¿Y la invasión viral directa o la coagulopatía contribuyen directamente a algunas de las complicaciones isquémicas como los infartos isquémicos?

Estos y más, requerirán más trabajo para dilucidar.

Respuesta inmune y espectro de enfermedades (figura 2)

Después de la entrada del virus, la respuesta inflamatoria inicial atrae a las células T específicas del virus al sitio de la infección, donde las células infectadas se eliminan antes de que el virus se propague, lo que lleva a la recuperación en la mayoría de las personas.23 En pacientes que desarrollan una enfermedad grave, el SARS-CoV- 2 provoca una respuesta inmune aberrante del huésped.2324 Por ejemplo, la histología post mórtem de los tejidos pulmonares de pacientes que murieron de covid-19 ha confirmado la naturaleza inflamatoria de la lesión, con características de daño alveolar difuso bilateral, formación de membrana hialina, inflamación mononuclear intersticial infiltrados y descamación compatibles con el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), y es similar a la patología pulmonar observada en el síndrome respiratorio severo de Oriente Medio (MERS) y el síndrome respiratorio agudo severo (SARS) .2526 Una característica distintiva del covid-19 es la presencia de tapones de moco con exudado fibrinoso en el tracto respiratorio, lo que puede explicar la gravedad del covid-19 incluso en adultos jóvenes27, causado por la sobreproducción de citocinas proinflamatorias que se acumulan en los pulmones y eventualmente dañan el parénquima pulmonar23.

Algunos pacientes también experimentan shock séptico y disfunción multiorgánica.23 Por ejemplo, el sistema cardiovascular a menudo está involucrado temprano en la enfermedad por covid-19 y se refleja en la liberación de troponina y péptidos natriuréticos altamente sensibles.28 De acuerdo con el contexto clínico de la coagulopatía , también se observa hemorragia intraalveolar focal y presencia de trombos plaquetario-fibrina en vasos arteriales pequeños26. Las citocinas normalmente median y regulan la inmunidad, la inflamación y la hematopoyesis; sin embargo, una mayor exacerbación de la reacción inmunitaria y la acumulación de citocinas en otros órganos en algunos pacientes pueden causar daño tisular extenso o un síndrome de liberación de citocinas (tormenta de citocinas), lo que resulta en fuga capilar, formación de trombos y disfunción orgánica.2329

Mecanismos subyacentes a los diversos resultados clínicos

Los resultados clínicos están influenciados por factores del huésped, como la edad avanzada, el sexo masculino y las condiciones médicas subyacentes, 1 así como por factores relacionados con el virus (como la cinética de la carga viral), la respuesta inmune del huésped y la posible memoria inmune de reacción cruzada de exposición previa a coronavirus estacionales (recuadro 1).

Recuadro 1 Factores de riesgo asociados con el desarrollo de enfermedad grave, ingreso a la unidad de cuidados intensivos y mortalidad

Condición subyacente

• Edad avanzada
• Hipertensión
• Enfermedad cardiovascular
• Enfermedad pulmonar obstructiva crónica
• Diabetes
• Obesidad
• Malignidad

Presentación

• Fiebre más alta (≥39 ° C al ingreso)
• Disnea al ingreso
• Mayor puntuación de qSOFA

 Marcadores de laboratorio

• Neutrofilia / linfopenia
• Lactato y lactato deshidrogenasa elevados
• Proteína C reactiva elevada
• Ferritina elevada
• IL-6 elevado
• ECA2 elevado
• Dímero D> 1 μg / mL

Se han informado diferencias relacionadas con el sexo en la respuesta inmune, lo que revela que los hombres tenían más citocinas y quimiocinas inmunes innatas en plasma al inicio del estudio que las mujeres.30 Por el contrario, las mujeres tenían una activación de células T notablemente más robusta que los hombres, y entre los participantes masculinos la activación de células T disminuyó con la edad, que se mantuvo entre las mujeres. Estos hallazgos sugieren que la respuesta inmune adaptativa puede ser importante para definir el resultado clínico, ya que la edad avanzada y el sexo masculino se asocia con un mayor riesgo de enfermedad grave y mortalidad.

Los niveles elevados de citocinas proinflamatorias se correlacionan con neumonía grave y opacidades en vidrio esmerilado dentro de los pulmones.2931 En personas con enfermedades graves, se observaron concentraciones plasmáticas aumentadas de citoquinas inflamatorias y biomarcadores en comparación con personas con enfermedades no graves.293233

La evidencia emergente sugiere una correlación entre la dinámica viral, la gravedad de la enfermedad y el resultado de la enfermedad.7 Las características longitudinales de la respuesta inmune muestran una correlación entre la gravedad de la enfermedad, la carga viral y la respuesta de IFN-α, IFN-γ y TNF-α .33 En el mismo estudio, muchos interferones, citocinas y quimiocinas se elevaron al inicio de la enfermedad en pacientes que tenían una enfermedad grave y cargas virales más altas. Esto enfatiza que la carga viral puede impulsar estas citocinas y los posibles roles patológicos asociados con los factores de defensa del huésped. Esto está en consonancia con la patogenia de la influenza, el SARS y el MERS, por lo que la diseminación viral prolongada también se asoció con la gravedad de la enfermedad.734

Dado el papel sustancial de la respuesta inmune en la determinación de los resultados clínicos, varias terapias inmunosupresoras destinadas a limitar el daño inmunomediado se encuentran actualmente en diversas fases de desarrollo (tabla 1).

Tabla 1

Terapéutica actualmente en investigación

Entrada a la célula	Replicación viral	Respuesta inmune del huésped
Inhibidores del receptor ECA	Inhibidores de la RNA polimerasa	Immunomoduladores
Antagonistas del receptor de la angiotensina II	Remdesivir	Tocilizumab
Inhibidores de fusión	Ribavirin	Sarilumab
Uminefovir	Favipiravir	Adalimumab (TNF inhibitor)
Baricitinib	Protease inhibitors	IFN
Anticuerpos monoclonales	Lopinavir	Corticosteroides
	Darunavir

Respuesta inmune al virus y su función de protección.

Covid-19 conduce a una respuesta de anticuerpos a una variedad de proteínas virales, pero la proteína pico (S) y la nucleocápsida son las que se utilizan con mayor frecuencia en el diagnóstico serológico. Pocos anticuerpos son detectables en los primeros cuatro días de la enfermedad, pero los pacientes los desarrollan progresivamente, y la mayoría logra una respuesta detectable después de cuatro semanas.35 Se ha informado una amplia gama de anticuerpos neutralizantes de virus, y la evidencia emergente sugiere que estos pueden correlacionarse con gravedad, pero disminuyen con el tiempo36. La duración y la protección de las respuestas de anticuerpos y células T aún no se han definido a través de estudios con un seguimiento más prolongado. Las respuestas de las células T CD-4 a los coronavirus humanos endémicos parecen manifestar reactividad cruzada con el SARS-CoV-2, pero su papel en la protección sigue sin estar claro37.

Preguntas sin respuesta

Una mayor comprensión de la patogénesis del SARS-CoV-2 será vital en el desarrollo de terapias, vacunas y modalidades de atención de apoyo en el tratamiento del covid-19. Se necesitan más datos para comprender los determinantes de la respuesta saludable frente a la disfuncional y los marcadores inmunitarios para la protección y la gravedad de la enfermedad. Los anticuerpos neutralizantes son correlatos potenciales de protección, pero pueden existir otros mecanismos de anticuerpos protectores. De manera similar, es necesario definir el papel protector de la inmunidad de las células T y la duración de las respuestas de los anticuerpos y de las células T y los correlatos de protección. Además, necesitamos sistemas y tecnologías de prueba óptimos para respaldar e informar la detección temprana y el manejo clínico de la infección. Se necesita una mayor comprensión de las consecuencias a largo plazo de una enfermedad aguda y una enfermedad inflamatoria multisistémica, especialmente en los niños.

Educación en práctica

¿Cómo describiría las rutas de transmisión del SARS-CoV-2 y las formas de prevenir la infección?

¿Cómo describiría a un paciente por qué aparecen tos, anosmia y fiebre en el covid-19?

Preguntas para futuras investigaciones

    ¿Cuál es el papel de la tormenta de citocinas y cómo podría informar el desarrollo de terapias, vacunas y modalidades de atención de apoyo?

    ¿Cuál es el período de ventana en el que los pacientes son más infecciosos?

    ¿Por qué algunos pacientes desarrollan una enfermedad grave mientras que otros, especialmente los niños, permanecen levemente sintomáticos o no desarrollan síntomas?

    ¿Cuáles son los determinantes de la respuesta sana frente a la disfuncional, y los biomarcadores para definir correlatos inmunitarios de protección y gravedad de la enfermedad para la clasificación eficaz de los pacientes?

    ¿Cuál es el papel protector de la inmunidad de las células T y la duración de las respuestas de los anticuerpos y de las células T, y cómo definiría los correlatos de protección?

Cómo participaron los pacientes en la creación de este artículo

Ningún paciente participó directamente en la creación de este artículo.

Cómo se creó este artículo

Se realizaron búsquedas en PubMed desde 2000 hasta el 18 de septiembre de 2020, limitadas a publicaciones en inglés. Nuestra estrategia de búsqueda utilizó una combinación de palabras clave que incluyen "COVID-19", "SARS-CoV-2", "SARS", "MERS", "Coronavirus", "Nuevo coronavirus", "Patogenia", "Transmisión", " Liberación de citocinas ”,“ respuesta inmune ”,“ respuesta de anticuerpos ”. Estas fuentes se complementaron con revisiones sistemáticas. También revisamos documentos técnicos producidos por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades y los documentos técnicos de la Organización Mundial de la Salud.

El artículo

Cevik Muge, Kuppalli Krutika, Kindrachuk Jason, Peiris Malik. Virology, transmission, and pathogenesis of SARS-CoV-2 BMJ 2020; 371 :m3862

En  https://bit.ly/35Edw4q