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Alberto Beretta, ricercatore immunologo: “Ecco come il coronavirus entra nelle cellule e come possiamo batterlo”


ValerioBeretta_NEUROBIOBLOG(Post di Alberto Beretta) Condivido con voi alcune considerazioni di medico ricercatore su questo nuovo virus che sta sconvolgendo le nostre vite. Inizio con una precisazione etimologica: il virus, dopo un paio di modifiche, è ora chiamato SARS-Cov-2. Il numero 2 lo distingue dal virus che ha causato la prima epidemia di SARS nel 2003 che si chiama SARS-Cov. Il termine Covid-19 si riferisce alla malattia causata dal virus (Covid = coronavirus-disease-2019).

Il SARS-Cov-2, come del resto il suo predecessore, entra nelle cellule sfruttando una proteina che si trova sulla membrana delle cellule chiamata ACE2 (ACE= Angiotensin Converting Enzyme, e 2 perché abbiamo anche un’altra proteina chiamata ACE). L’ACE2 funziona, occasionalmente, come porta di entrata del virus nella cellula (lo chiamiamo recettore) ma la sua vera funzione, quella per cui è stata selezionata dall’evoluzione della specie umana ma anche di tutti i mammiferi, consiste nel “accorciare” l’angiotensina2 (AT2), di un piccolo pezzo generando l’angiotensina 1-7 (AT1-7) e impedendo in questo modo all’AT2 di svolgere il suo ruolo normale, che è quello di aumentare la pressione arteriosa (una funzione ovviamente negativa per il nostro corpo). Non mi addentro nei dettagli perché rischio di non essere più comprensibile. Provo però a spiegare le implicazioni di questi dettagli molecolari.

Per prima cosa devo chiarire perché ho sottolineato la parola “occasionalmente”. I virus sono parassiti intracellulari, in altre parole non sono capaci di vivere da soli all’esterno di una cellula, ma hanno bisogno di entrare nella cellula per replicarsi e generare altri virus che poi infettano altre cellule. Per entrare nelle cellule sfruttano porte di entrata, i recettori, che si trovano sulla membrana della cellula per svolgere funzioni che tutto hanno a che fare tranne che aiutare il virus ad entrare. Da qui parte una prima considerazione per come potremo, si spera, in un futuro non lontano, battere il virus.

Entrando nella cellula legandosi allì’ACE2 il virus blocca l’ACE2 e gli impedisce di esercitare la sua funzione, positiva, di controbilanciare gli effetti della AT2 generando AT1-7. In altre parole, il furbissimo virus, si intromette in un equilibrio molto delicato fra due braccia di un sistema biologico che vedono da una parte l’AT2 e dall’altra l’AT1-7 controbilanciarsi a vicenda. La prima aumenta la pressione arteriosa, induce risposte infiammatorie e fibrotiche, genera stress ossidativo. La seconda fa esattamente il contrario: riduce la pressione arteriosa, ha un effetto anti-infiammatorio e anti-fibrotico ed è una potente antiossidante. Utilizzando l’ACE2 per entrare nelle cellule il virus lo blocca e gli impedisce di svolgere la sua funzione più importante che è quella di spostare l’equilibrio a favore della AT1-7. Una ricerca pubblicata nel 2005 sulla rivista “Nature” sul virus SARS-Cov (che è molto simile al nuovo virus) ha dimostrato che è proprio alterando questo meccanismo che i virus della SARS fanno saltare il sistema di difesa del polmone e causano la polmonite interstiziale.

Cosa ci insegna tutto questo? Per prima cosa che se troviamo il modo di bloccare il sistema di aggancio del virus a ACE2 prendiamo i classici “due piccioni con una fava”: da una parte gli impediamo di entrare nella cellula, dall’altra gli impediamo di bloccare la generazione di AT1-7 e di spostare l’equilibrio dalla parte sbagliata della bilancia. Attualmente in fase sperimentale si stanno testando molecole ACE2 ricombinanti che bloccano l’adesione del virus alla membrana cellulare (uno studio clinico è già in corso negli Stati Uniti) ma anche si stà puntando molto sui vaccini perché con la vaccinazione possiamo indurre anticorpi che bloccano il legame fra il virus e ACE2 e gli impediscono sia di entrare nella cellula che di bloccare la funzione di ACE2. In altre parole, un vaccino efficace, sarebbe in grado sia di bloccare la replicazione del virus, sia di impedirgli di mandare in tilt il sistema di difesa.

Da queste conoscenze nascono però altre direzioni di ricerca. Si potrebbe per esempio provare a riattivare il sistema di molecole e recettori che funzionano a valle di ACE2 ottenendo in questo modo l’effetto di cortocircuitare gli effetti del virus su ACE2 e riattivare i meccanismi di difesa. Tutto questo ovviamente richiederà tempo. Ma, nella prospettiva purtroppo ormai concreta, che ci troviamo di fronte ad un virus che diventerà endemico, occorre seguire tutte le piste possibili, anche quelle che non ci daranno risultati a breve.

Concludo con una raccomandazione pratica. Avete forse sentito parlare degli eventuali effetti negativi delle terapie con i farmaci che bloccano l’AT2, i famosissimi Sartani. Queste notizie sono apparse sui social per dare seguito ad alcune ricerche che riportavano un effetto dei Sartani sull’espressione di ACE2, che sarebbe aumentata e potrebbe facilitare l’entrata del virus nella cellula. Questi effetti sono stati osservati solo in esperimenti sui topi. A oggi non abbiamo ancora dati sicuri sugli uomini. Non solo, anche se così fosse, non è detto che l’effetto dei sartani su ACE2 non sia addirittura positivo perché aumenterebbe la sua disponibilità a spostare la bilancia a favore dell’asse AT1-7, quello protettivo. Sono in corso ricerche per chiarire questi aspetti. Nel frattempo tutte le società nazionali e internazionali di cardiologia hanno raccomandato di non sospendere le terapie anti-ipertensive con Sartani in corso perché potrebbe avere ripercussioni molto negative sull’andamento della malattia.

Per approfondimenti e aggiornamenti sulle tematiche immunologiche di Covid-19 potete consultare la mia pagina facebook “Immunologia Oggi”.

Alberto Beretta è un medico ricercatore immunologo. Ha svolto le sue prime ricerche all’Istituto Karolinska di Stoccolma, dove ha conseguito il suo dottorato di ricerca, e all’Istituto Pasteur di Parigi dove ha collaborato con il gruppo di ricerca che ha scoperto il virus HIV. E’ stato poi responsabile di una unità di ricerca su HIV all’Ospedale San Raffaele di Milano. Da due anni ha fondato, con un gruppo di colleghi medici e ricercatori, una iniziativa per promuovere l’invecchiamento in salute facendo leva sulle nuove ricerche sulla longevità e sui meccanismi che portano il sistema immune del soggetto anziano a non essere più competente a rispondere alle aggressioni virali.

Renato Casana, angiologo e chirurgo vascolare: “Infiammazione, citochine, trombosi. Ecco cosa abbiamo capito sui danni vascolari da Covid-19 e sulle possibili cure”


RenatoCasana_NeurobioblogCosa abbiamo imparato in questi mesi sull’infezione da Covid-19? Molte cose. A volte contraddittorie. Ma alcuni punti fermi condivisi a livello internazionale possiamo dire di averli stabiliti. Abbiamo capito come il virus possa colpire vari organi e apparati del nostro corpo, non soltanto a livello polmonare e delle vie respiratorie. Ma anche cuore, vasi sanguigni, reni, intestino e sistema nervoso. Abbiamo compreso come alla base si scateni una forte reazione immunitaria.

Questa condizione è stata tecnicamente definita “sindrome da rilascio di citochine” (cytokine release syndrome, Crs) e, in termini popolari, “tempesta di citochine”. Si tratta, in pratica,  di un forte aumento del livello di citochine pro-infiammatorie. Tale aumento del livello di citochine pro-infiammatorie si traduce in una risposta infiammatoria sistemica. La sindrome da rilascio di citochine è più comune nelle malattie legate al sistema immunitario, nella  sepsi da trapianto di organi, nelle terapie antitumorali con cellule Car-T (Chimeric Antigen Receptor T-cell) e nelle infezioni da virus.

In un lavoro scientifico cinese in uscita sull’ “International Journal of Antimicrobial Agents” si legge: «Il Sars-CoV-2 si lega alle cellule epiteliali alveolari, quindi il virus attiva il sistema immunitario innato e il sistema immunitario adattivo, provocando il rilascio di un gran numero di citochine, tra cui IL-6. Inoltre, a causa del ruolo di questi fattori pro-infiammatori, la permeabilità vascolare è aumentata, portando a un gran numero di fluidi e cellule del sangue negli alveoli, con conseguente dispnea e persino insufficienza respiratoria. Il primo rapporto di esame grossolano di un’autopsia di morte Covid-19 suggerisce che dopo l’incisione si può vedere l’aspetto bronzato di entrambi i polmoni e una grande quantità di trabocco liquido viscoso bianco-grigio».

Tale rilievo autoptico, anche se grossolano, rende ragione di quanto riferito da alcuni familiari di pazienti deceduti al proprio domicilio. Ricordo in particolare la drammatica intervista alla figlia di un paziente deceduto la quale riferì tra le lacrime: “Era come se mio padre stesse affogando. Ma noi non potevamo fare nulla per salvarlo. Se vedi una persona affogare, ti butti per salvarla. Ma in questo caso era come se mio padre affogasse davanti ai miei occhi e io non potevo fare nulla per salvarlo”.

Un passaggio importante del brano del lavoro cinese sopra citato è il seguente: “Il Sars-CoV-2 si lega alle cellule epiteliali alveolari”. L’altro aspetto è quello relativo all’endotelio,  in stretto rapporto con l’epitelio (il tessuto endoteliale è un tipo particolare di tessuto epiteliale).  L’endotelio è il tessuto costituito di cellule, dette appunto endoteliali, che funge da rivestimento interno delle pareti del cuore e dei vasi sanguigni e linfatici. Secondo le autopsie e gli studi che via via si stanno effettuando sui pazienti colpiti dall’infezione Covid, quest’ultima sembra avere un bersaglio nel tessuto endoteliale. Tanto da essere definita da alcuni una “endotelite”. Con tutte le conseguenze sopra accennate riguardo la tempesta di citochine, la superinfiammazione e l’attacco per combattere il virus che diventa auto-diretto, facendo sì che le cellule si suicidino nel tentativo di arrestare l’infezione.

Come riferisce la giornalista scientifica Brenda Goodman sulla testata medica “WebMD” di qualche giorno fa: “In tutto il mondo, i medici che si prendono cura dei pazienti Covid-19 stanno cercando di dare un senso alla stessa cosa. Quando prelevano sangue da pazienti Covid, si coagula nelle provette. Quando gli infermieri inseriscono cateteri per dialisi renale e per prelevare il sangue attraverso accesso venoso periferico (PIV), le provette si intasano rapidamente con grumi”.

L’aspetto vascolare e degli ormai tristemente famosi “coaguli” emerge sempre più spesso anche a livello di quanto ognuno di noi discute empiricamente col prossimo riguardo l’infezione da Covid-19. A questo punto, abbiamo perciò preferito chiarirci le idee con Renato Casana, responsabile del servizio di chirurgia vascolare e angiologia di Auxolologico Capitanio di Milano e direttore del laboratorio sperimentale di ricerche di chirurgia vascolare dell’Auxologico.

Dottor Casana, quali sono le principali severe manifestazioni cardiovascolari in corso di infezione da Covid-19?

Secondo i dati italiani raccolti dall’Istituto Superiore di Sanità (Iss) oltre alle numerose pubblicazioni emerse recentemente sull’infezione da Covid-19, le categorie di malati cronici in assoluto più a rischio di sviluppare forme gravi di infezione sono i pazienti anziani con preesistenti malattie cardiovascolari.

Questi pazienti attraverso diversi meccanismi patogenetici in grado di alterare il meccanismo della coagulazione (pro-trombotici) o creando un severa infiammazione endoteliale de vasi, vanno incontro ad un drammatico quadro clinico spesso fatale causato da: trombosi polmonare massiva, infarto del miocardio, scompenso cardiaco e ictus cerebrale.

Diversi studi clinici hanno recentemente evidenziato i motivi di questa predisposizione e potrebbero indicarci nuove modalità di intervento prima dell’identificazione di un vaccino protettivo nei confronti del virus.

Quali sono i principali meccanismi d’azione che provocano la trombosi e il danno endoteliale responsabili delle gravi manifestazioni cardiovascolari nei pazienti affetti da Covid-19? 

La difesa dell’organismo contro gli organismi estranei come il virus Sars-CoV-2 è mediata da una risposta immune che coinvolge proteine ormonali, chiamate citochine. Queste rappresentano un gruppo eterogeneo di glicoproteine solubili con la funzione di mediare e regolare le risposte immunologiche ed infiammatorie.

Tra questo gruppo eterogeneo di citochine l’Interleuchina (IL-6) è stata ritrovata in altissime concentrazioni nel sangue dei Pazienti affetti da Covid-19 per cui ha destato grande interesse nello spiegare alcune manifestazioni severe della malattia quali la trombosi massiva polmonare che è risultata spesso fatale per molti pazienti. L’IL-6 viene prodotta dalle  cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni giocando un importante ruolo nei processi ematologici e infiammatori.  Tra le varie sue funzioni è in grado di aumentare la concentrazione del fibrinogeno, del  fattore  attivante  il  plasminogeno,  di inibire l’aggregabilità piastrinica alterando la coagulazione del sangue in senso protrombotico. Gli effetti biologici di questa Interleuchina dipendono dalla sua interazione con dei recettori di membrana IL-6R, localizzati sulla superficie di linfociti T di cui è ricco l’endotelio. Pertanto alcuni studi sono rivolti ad utilizzare anticorpi monoclonali in grado di spiazzare il recettore della IL-6 e inibire così la sua attività contrastandone gli effetti sull’apparato cardiovascolare.

Ci sono attualmente farmaci che possono ridurre il danno vascolare causato dal virus SARS-CoV-2?

In seguito all’infezione virale questa citochina infiammatoria (IL-6) una volta prodotta, si lega al suo recettore (IL-6R), presente sulla superficie di varie cellule, ingaggiandole in questo modo in numerose azioni pro-infiammatorie della parete dei vasi e pro-coagulanti. Il risultato è quello che abbiamo visto come principale manifestazione della malattia nelle sue forme più severe quali: l’embolia polmonare massiva, l’infarto, l’ictus e tutte le manifestazioni vascolari oramai ben note.

Da qui la possibilità di sperimentare un farmaco che sia in grado di inibire il legame di questa citochina con il suo recettore utilizzando un anticorpo monoclonale comunemente utilizzato per il trattamento di malattie autoimmuni (tocilizumab) che è stato ingegnerizzato in laboratorio. In questo modo l’Interleuchina-6, con un meccanismo di “inibizione recettoriale” non è in grado di legarsi al recettore e quindi di attivare le cellule bersaglio ad esercitare la propria azione pro-infiammatoria e procoagulante.

Altri farmaci che hanno suscitato grande interesse in corso di infezione da covid-19 sono le eparine a basso peso molecolare impiegate a dosaggi diversificati per provare a ridurre l’aspetto pro-trombotico e proaterogeno che queste citochine generano causando trombosi e severe malattie vascolari.

Infine vi sono alcuni studi legati ai recettori ACE-2 (enzima 2 di conversione dell’angiotensina), particolarmente espresso sia dalle cellule dei polmoni che dalle cellule del tessuto cardiaco, attraverso il quale il nuovo coronavirus (Sars-CoV-2) sarebbe in grado di legarsi grazie a una sua proteina di superficie denominata “Spike”. Quindi nuovi studi sono indirizzati ad identificare eventuali molecole in grado di bloccare questo legame come possibile strategia terapeutica.

Cosa ci si aspetta in futuro dalla ricerca per combattere l’infezione da Covid-19? 

In attesa di farmaci antivirali specifici  diretti verso Sars-CoV-2 e nell’attesa di un vaccino protettivo specifico questi studi di ricerca avviati su vari farmaci impiegati nella sperimentazione clinica  potrebbero rappresentare una preziosa alternativa terapeutica. Ulteriori studi su larga scala faranno luce sui numerosi interrogativi ancora aperti su questa infezione virale.

In che modo l’Auxologico partecipa alla ricerca scientifica nella lotta all’infezione da Covid-19? 

Facendo fede alla missione del nostro Istituto di ricovero e cura a carattere scientifico (Irccs) dotato di 24 laboratori di ricerca l’Auxologico si sta impegnando fattivamente attraverso la gestione di numerosi protocolli di ricerca inerenti l’infezione Covid-19. Attraverso il proprio comitato etico che si è riunito da remoto numerose volte in questi ultimi mesi ha valutato e promosso numerosi studi di ricerca nell’ambito delle manifestazioni cardiovascolari dell’infezione virale oltre che respiratorie, immunologiche e neurologiche.

Un altro aspetto importante nell’ambito della ricerca dell’Istituto è l’impiego di una piattaforma REDCap (Electronic Data Capture) che permette di progettare, costruire e mettere in opera, in tempi rapidi, database per raccolta dati mono o multicentrici nell’ambito dei vari studi.  La piattaforma permette inoltre gestire la qualità dei dati clinici, creare query per il monitoraggio dello studio ed esportare i dati raccolti nei formati utili per le elaborazioni statistiche.

Quindi l’importante lavoro svolto dall’Auxologico è pemettere un una vasta collaborazione tra la ricerca di base la ricerca clinica e la ricerca applicata al fine di ottenere importanti risultati applicabili nel breve medio futuro nella terapia contro l’infezione da Covid-19.

Chi Zhang, Zhao Wu, Ji-Wen Li, Hong Zhao, Gui-Qiang Wang, “The cytokine release syndrome (CRS) of severe COVID-19 and Interleukin-6 receptor (IL-6R) antagonist Tocilizumab may be the key to reduce the mortality”. 
International Journal of Antimicrobial Agents. Available online 29 March 2020.