Resumen
El síndrome respiratorio agudo severo por coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ha provocado una crisis sanitaria mundial, marcada por una alta transmisibilidad y virulencia. A pesar de los esfuerzos generalizados de vacunación, los tratamientos eficaces para la COVID-19, en particular para los casos graves que conducen al síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), siguen siendo limitados. Este estudio investiga la eficacia de KVX-053, un inhibidor de molécula pequeña de proteína tirosina fosfatasa tipo IVA (PTP4A3), en la modulación de la inflamación y la lesión pulmonar inducidas por el SARS-CoV-2 utilizando modelos celulares in vitro y ratones transgénicos K18-hACE2 in vivo. KVX-053 redujo la expresión de citoquinas proinflamatorias in vitro, incluidos TNFα, CXCL10 y CXCL11, sin afectar la replicación viral o la viabilidad celular. Los ratones K18-hACE2 tratados con KVX-053 demostraron una marcada mejora en las puntuaciones clínicas y una reducción de la evidencia histológica de lesión pulmonar en comparación con los controles infectados con SARS-CoV-2 no tratados. KVX-053 mitigó la activación de mediadores inflamatorios clave en el pulmón, incluidos los inflamasomas NLRP3, la IL-6 y el STAT3 fosforilado, frenando eficazmente la «tormenta de citocinas» asociada con la COVID-19 grave. Es importante destacar que el tratamiento conservó la integridad del parénquima pulmonar, redujo el edema y minimizó la infiltración de macrófagos. Nuestros hallazgos destacan a PTP4A3 como un potencial regulador crítico de la respuesta inflamatoria durante la infección por SARS-CoV-2. KVX-053, un inhibidor potente y selectivo de PTP4A3, surge como una estrategia terapéutica prometedora dirigida al huésped para mitigar el SDRA y la lesión pulmonar provocada por la inflamación en el SARS-CoV-2 y potencialmente otras infecciones virales respiratorias. Se requieren estudios futuros para optimizar las estrategias de dosificación, dilucidar mecanismos moleculares precisos y validar estos hallazgos en entornos clínicos.
Fondo
La pandemia de COVID-19, causada por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ha supuesto una carga sin precedentes para los sistemas sanitarios mundiales, provocando más de 676 millones de infecciones y casi 7 millones de muertes en todo el mundo (1). A diferencia de la mayoría de los virus que evolucionan hacia una virulencia reducida para mantener la integridad del huésped, el SARS-CoV-2 ha conservado una alta transmisibilidad y patogenicidad, un mecanismo inicialmente atribuido a posibles mecanismos de mala adaptación del virus al huésped humano, lo que contribuye a resultados de enfermedades graves.2, 3). Sólo la aplicación de estrategias amplias de vacunación junto con la evolución hacia Omicron (B.1.1.529) u otras variantes más leves, han resultado en infecciones respiratorias y lesiones pulmonares más benignas, permitiendo el cese de los toques de queda y los protocolos de confinamiento.
Además, a pesar de la llegada de vacunas dirigidas al SARS-CoV-2, el tratamiento de la enfermedad relacionada con el SARS-CoV-2 (COVID-19) se basa en intervenciones terapéuticas limitadas con escasos efectos beneficiosos. Los pacientes hospitalizados pueden recibir tratamientos basados en ciclos cortos de corticosteroides, dexametasona (4), el antiviral, remdesivir, los inmunomoduladores, tocilizumab, sarilumab (5), o baricitinib, el inhibidor de JAK, tofacitinib (6,7,8), cloroquina o hidroxicloroquina (9), plasma de convaleciente, azitromicina (10) y los inhibidores de la proteasa, lopinavir y ritonavir (11) a pesar de la falta de efectos beneficiosos en ensayos clínicos aleatorios.
Las epidemias de SARS en 2003 (12), síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) en 2017 (13) y la pandemia de SARS-CoV-2 en 2020 (14) históricamente han planteado importantes amenazas globales, lo que requiere una investigación continua sobre su fisiopatología y el desarrollo de enfoques terapéuticos innovadores. Las intervenciones terapéuticas dirigidas a la replicación viral han mostrado una eficacia limitada debido a los mecanismos complejos y esquivos de la patogénesis viral. Como alternativa, las terapias dirigidas al huésped que se centran en modular la respuesta del huésped (mitigando la inflamación y previniendo la lesión tisular) ofrecen un potencial prometedor para abordar los mecanismos subyacentes de la enfermedad. Las terapias óptimas dirigidas al huésped para el SARS-CoV-2 son aquellas que pueden reutilizarse para nuevos coronavirus, con tiempos de respuesta más rápidos en futuras pandemias. La infección por SARS-CoV-2 puede provocar un espectro de manifestaciones clínicas, que van desde síntomas leves parecidos a los de un resfriado hasta afecciones graves como el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), con tasas de mortalidad asociadas de hasta el 50% en pacientes críticamente enfermos (15).
Los pacientes con COVID-19 muestran una fuerte respuesta inflamatoria guiada por IL-1β, IL-6, IL-8 y TNFα con concentraciones elevadas de dímero D, ferritina y proteína C reactiva (16). Este entorno inflamatorio conduce a daño alveolar difuso, exudación de líquido y fibrosis intersticial, características distintivas de lesión pulmonar grave en COVID-19 (17). Los pacientes con COVID-19 muestran una infiltración pulmonar aberrante de macrófagos derivados de monocitos (18). Además, se ha encontrado el ARN del SARS-CoV-2 en monocitos y macrófagos (19), un mecanismo implicado en los síntomas sistémicos prolongados característicos del “COVID prolongado” (20). La participación directa de los macrófagos amplifica aún más la producción de citoquinas que desencadenan la piroptosis mediada por inflamasomas NLRP3 y NLRP1.21). Los estudios de secuenciación unicelular de la mucosa nasofaríngea de pacientes con COVID-19 revelaron que los macrófagos expresaban CCL2, CCL3, CXCL10 y CXCL8 y, en casos graves, guiaban la infiltración de neutrófilos en los pulmones.22).
Anteriormente investigamos los efectos de exponer los pulmones de ratones K18-hACE2 a la subunidad 1 de la proteína Spike (S1SP) del SARS-CoV-2, descubriendo por primera vez que la S1SP, a diferencia de la proteína Spike no escindida, es capaz de provocar hiperpermeabilidad endotelial y lesión pulmonar aguda (ALI), y actúa como una toxina liberada sistémicamente durante la infección del huésped.23). Además, demostramos que un inhibidor de molécula pequeña de la proteína tirosina fosfatasa tipo IVA (PTP4A3) reducía la ALI mediada por S1SP, al bloquear la expresión del ensamblaje NLRP3 sensible a PTP4A, la activación (fosforilación) de IKBα y STAT3 y la consecuente “tormenta de citoquinas (24, 25).” En un punto de vista reciente, los Dres. Montuschi y Adcock destacaron el potencial de los inhibidores de PTP en la ALI y destacaron la importancia de realizar estudios adicionales sobre tolerabilidad, selectividad y seguridad (26). Nuestros hallazgos reforzaron la hipótesis de que la liberación de S1SP es un mecanismo viral para provocar inflamación y lesión de los tejidos circundantes. De hecho, PTP4A3 está estratégicamente ubicado en la membrana plasmática donde modula la señalización intracelular de estímulos externos (27). PTP4A3 se une a los receptores de integrina β, elimina grupos fosfato de las proteínas p38 y MAPK, influye en las GTPasas (RhoA, ROCK1) y, de manera importante, participa en la modulación de las proteínas STAT y la activación de NF-κB (28,29,30). A pesar del papel crucial de las fosfatasas en la inflamación celular, la falta de agentes farmacéuticos capaces de proporcionar una inhibición fuerte pero reversible de las PTP ha limitado la investigación preclínica sobre esta clase de fármacos y sus efectos celulares durante la enfermedad. En el manuscrito actual, ampliamos nuestros hallazgos empleando un modelo de ratón humanizado (K18-hACE2) de infección viva por SARS-CoV-2 y exploramos la eficacia del inhibidor de PTP4A, KVX-053, para reducir la lesión pulmonar inducida por el SARS-CoV-2.
Métodos
Resumen del estudio pulmonar
El portal Single Cell del Broad Institute (https://singlecell.broadinstitute.org/single_cell consultado el 11 de noviembre de 2024) fue interrogado para obtener datos de secuenciación de ARN unicelular. Se realizó una búsqueda de la expresión de PTP4A3 en los pulmones de pacientes con infección por COVID-19 y se obtuvieron dos estudios. Ambos presentaron datos en pulmones humanos postmortem de pacientes sin COVID-19 (control) y con COVID-19 (18, 31). En el primer estudio, los autores compartieron 116.314 perfiles de snRNA-seq en 20 pulmones congelados obtenidos de 19 descendientes de COVID-19 y siete pacientes de control con autopsias de intervalo postmortem corto (PMI). La cohorte de COVID-19 estuvo compuesta por siete mujeres y 12 hombres fallecidos, incluidos 13 pacientes de etnia hispana, con un rango de edad de 58 a > 89 años que habían adquirido la infección por SARS-CoV-2 y habían sucumbido a la enfermedad. El tiempo promedio desde la aparición de los síntomas hasta la muerte fue de 27,5 días (rango, 4 a 63 días). Después de una autopsia rápida con una mediana de PMI de 4 h (rango 2 a 9 h), los tejidos recolectados se congelaron instantáneamente o se congelaron después de la inclusión en OCT (temperatura de corte óptima) y se sometieron a snRNA-seq utilizando una plataforma basada en gotas (10x Genomics). Todos los pacientes incluidos tenían un trastorno hipertensivo subyacente y, con frecuencia, una o más comorbilidades adicionales asociadas con un mayor riesgo de COVID-19 grave. Los datos de secuenciación unicelular se demultiplexaron en archivos FASTQ y se alinearon con un genoma humano y de SARS-CoV-2 conjunto personalizado utilizando Cell Ranger (v.5.0.0). Se utilizó CellBender (v.0.2.0) para eliminar artefactos técnicos y recuentos de ARN ambiental de las matrices de expresión génica. Las matrices de recuento individuales resultantes se sometieron a control de calidad y se integraron mediante Seurat (v.3.2.3). Se identificaron diferentes tipos de células de forma iterativa en tres niveles de granularidad (principal, intermedia y fina) utilizando un enfoque de tres frentes para la identificación de tipos de células: identificación imparcial de marcadores de grupos, descubrimiento de tipos de células utilizando firmas de atlas informados y curación manual para sustrastratificar poblaciones de células y estados de células que pueden ser exclusivos de COVID-19 utilizando conocimiento experto (18).
El segundo estudio, publicado simultáneamente (31) (Figura complementaria 1), mostró un atlas de 106,792 células individuales y núcleos recolectados de los pulmones de 16 donantes de autopsia de COVID-19 infectados con SARS-CoV-2 (23 muestras en total), con edades comprendidas entre > 30 y > 80 años. Las autopsias se realizaron en tres hospitales del área de Boston. Los datos de secuenciación se demultiplexaron en archivos FASTQ, se alinearon con un genoma humano y de SARS-CoV-2 conjunto personalizado utilizando Cumulus cellranger_workflow, y el ARN ambiental se eliminó utilizando CellBender. Estas matrices de recuento individuales se sometieron a control de calidad utilizando el Cumulus…
