Resumen
Los pacientes con COVID-19 comúnmente presentan signos de disfunción del sistema nervioso central y/o del sistema nervioso periférico. Yang,et.el., (Cell Stem Cell.Published:January 17, 2024DOI:https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.012) mostraron que las neuronas de dopamina (DA) del mesencéfalo derivadas de células madre pluripotentes humanas (hPSC) son selectivamente susceptibles y permisivas a la infección por el virus SARS-CoV-2. La infección por SARS-CoV-2 de las neuronas DA desencadena una respuesta inflamatoria y de senescencia celular. La detección de alto rendimiento en neuronas DA derivadas de hPSC identificó varios medicamentos aprobados por la FDA que pueden rescatar el fenotipo de senescencia celular al prevenir la infección por SARS-CoV-2. También identificaron la firma de senescencia inflamatoria y celular y los bajos niveles de transcripciones de SARS-CoV-2 en tejido de sustancia negra humana de pacientes con COVID-19. Además, observaron un número reducido de neuronas y fibras DA de neuromelanina+ y tirosina-hidroxilasa (TH)+ en una cohorte de pacientes graves con COVID-19. Los hallazgos de Yang y colegas demuestran que las neuronas DA derivadas de hPSC son susceptibles al SARS-CoV-2, identifican fármacos neuroprotectores candidatos para pacientes con COVID-19 y sugieren la necesidad de un seguimiento cuidadoso y a largo plazo de los problemas neurológicos en pacientes infectados con COVID-19.
Las manifestaciones neurológicas anormales se reconocen cada vez más en pacientes con COVID-19, que más comúnmente incluyen anosmia, disgeusia y dolor de cabeza, seguidos de convulsiones, accidentes cerebrovasculares y polirradiculoneuropatía inflamatoria aguda, también conocida como síndrome de Guillain-Barré. Además se ha informado, un mayor riesgo de trastornos neurológicos y psiquiátricos adicionales en una gran cohorte retrospectiva a los 6 meses después del diagnóstico de Covid.
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Estudios recientes que utilizan modelos organoides derivados de hPSC han establecido que las células del plexo coroideo dentro del SNC son altamente susceptibles al virus SARS- CoV-2 .Sin embargo, el tropismo del SARS-CoV-2 por las neuronas sigue siendo controvertido. Anteriormente Yang y colegas desarrollaron un organoide/célula derivado de células madre pluripotentes humanas (hPSC) como una plataforma para evaluar el tropismo del SARS-CoV-2. Utilizando esta plataforma, descubrieron que las neuronas de dopamina (DA) del mesencéfalo derivadas de hPSC, que representan uno de los principales objetivos de neurodegeneración en la enfermedad de Parkinson (EP), son permisivas para la infección por SARS-CoV-2. Por el contrario, en condiciones experimentales idénticas, descubrieron que las neuronas corticales derivadas de hPSC no son permisivas a la infección por SARS-CoV-2, lo que respalda la idea de que no todas las poblaciones neuronales son igualmente permisivas a la infección viral. Luego , se propusieron definir cómo responden las neuronas DA a la infección por SARS-CoV-2 y determinar los cambios moleculares inducidos por la infección por SARS-CoV-2.
Los avances en la tecnología hPSC permiten el estudio de las interacciones huésped-virus en células humanas relevantes para enfermedades. Trabajos anteriores utilizando modelos derivados de hPSC han establecido que las células del plexo coroideo dentro del SNC son altamente susceptibles a la infección por SARS-CoV-2, mientras que el tropismo del SARS-CoV-2 por las neuronas no está claro. Aquí, Yang y colegas generaron neuronas DA de las hPSC utilizando un protocolo publicado anteriormente. Utilizando células clasificadas NURR1-GFP+ en el día 25 despues de inducir la diferenciación, confirmaron que el SARS-CoV-2 puede infectar las neuronas DA. Dado que la mayoría de las células son neuronas DA, como lo indica la inmunotinción, la PCR cuantitativa en tiempo real unicelular y scRNA-seq, no esperaban que otros tipos de células contribuyan significativamente a los fenotipos de senescencia informados. El análisis scRNA-seq indica que el SARS-CoV-2 infecta neuronas DA caracterizadas por una alta expresión de LMO3 y una falta de expresión de CALB1. Por lo tanto, las neuronas DA con una identidad de subtipo similar a A9 pueden ser particularmente vulnerables al SARS-CoV-2, similar a la vulnerabilidad de las neuronas A9 en la sustancia negra más afectada en la enfermedad de Parkinson (EP).
La infección por SARS-CoV-2 desencadena la senescencia celular en las neuronas DA. Trabajos anteriores indican que la senescencia de las neuronas DA puede funcionar como un factor que contribuye a la patogénesis de la EP. Como la disfunción de las neuronas DA también está relacionada con el letargo y el anhedonismo, su papel en el letargo/síndrome post-COVID o Long COVID puede merecer más estudio.
Curiosamente, las neuronas DA derivadas de iPSC de 4 copias de SNCA muestran una mayor infección por SARS-CoV-2 en comparación con las neuronas DA isogénicas de 2 o 0 copias derivadas de iPSC. Esto podría deberse al aumento de la expresión de TLR4, que se ha informado que facilita la entrada viral. Consistentemente, las neuronas DA derivadas de iPSC de copia SNCA 4 infectadas por SARS-CoV-2 mostraron la mayor actividad de β-gal, lisosoma. acumulación y α-Syn total, lo que sugiere las posibles actividades sinérgicas o complementarias de la infección por SARS-CoV-2 y las mutaciones causales de la EP.
Hand y colaboradores identificaron que los medicamentos aprobados por la FDA, riluzol, metformina e imatinib, bloquean la senescencia de la neurona DA mediada por el SARS-CoV-2, que podría funcionar inhibiendo la infección viral. Aunque también se identificó que imatinib bloquea la entrada de SARS-CoV-2 en nuestra prueba basada en organoides pulmonares derivados de hPSC,30 el riluzol no se ha relacionado previamente con la infección por SARS-CoV-2. El uso de metformina se ha asociado con una disminución en la mortalidad de pacientes con COVID-19 con obesidad y/o diabetes tipo 2. Recientemente, la metformina ha sido identificada como un posible agente terapéutico para la COVID-19 y los autores encontraron que puede activar la vía de señalización de AMPK en las neuronas DA, lo que concuerda con artículos publicados recientemente. Sin embargo, no podemos excluir otros mecanismos, aún desconocidos, para las actividades antivirales de estos tres fármacos. Se necesitan estudios futuros para analizar el modo de acción y el potencial de traducción de estos compuestos y si son capaces de revertir la neuropatología inducida por infecciones.
En general, nuestros datos destacan a las neuronas DA como un posible objetivo de la infección por SARS-CoV-2, que a su vez puede desencadenar una respuesta inflamatoria y de senescencia celular. Aunque observamos una firma inflamatoria y de senescencia comparable en cultivos de neuronas DA derivadas de hPSC infectadas con SARS-CoV-2 in vitro y en muestras de autopsia in vivo , no podemos excluir la posibilidad de que otros tipos de células como astrocitos o microglía u otros cambios patológicos, como el estado hipóxico, podrían contribuir a las firmas inflamatorias y de senescencia en las muestras de sustancia negra. Dados estos hallazgos, Yan,et.,al.,postulan que en los próximos años será necesario monitorear de cerca a los pacientes con COVID-19 para detectar un mayor riesgo de desarrollar síntomas relacionados con la EP.
Limitaciones del estudio
La detección del antígeno viral del SARS-CoV-2 en muestras de autopsias cerebrales es muy controvertida. Aunque actualmente todavía estamos tratando de generar ME para evaluar la evidencia de infección viral directa en las neuronas de la sustancia negra, esos estudios son técnicamente extremadamente desafiantes dada la baja cantidad de neuronas DA y las dificultades en la disponibilidad y calidad de las muestras. Además, debido a los requisitos de bioseguridad de las muestras de autopsia de COVID-19, no se pudo realizar análisis extensos, como scRNA-seq, en muestras de autopsia de pacientes con COVID-19. La cotinción del marcador de la neurona TH y el antígeno viral del SARS-N se realizó inicialmente en una muestra de autopsia, pero es necesaria una validación adicional con un tamaño de muestra mayor para confirmar estos hallazgos y descartar desafíos técnicos como la expresión de lipofuscina relacionada con la senescencia. eso podría interferir con la detección confiable del SARS-N. Además, este estudio representa el primer análisis patológico cuantitativo detallado de las neuronas DA del mesencéfalo en pacientes graves con COVID-19 y se limita a la cohorte 2 de pacientes presentados aquí, que representa la primera ola de casos de COVID-19. Se necesitan análisis adicionales que utilicen cohortes de pacientes independientes y más recientes para validar aún más los fenotipos inflamatorios y degenerativos observados. Finalmente, al centrarse en la senescencia celular en el modelo de infección de 72 h, existe la posibilidad de que los fenotipos observados sean autolimitados, surjan en respuesta al estrés agudo y potencialmente se resuelvan con el cese de la infección.
En este estudio, Yang y colegas han demostrado que las neuronas DA pueden infectarse con el virus SARS-CoV-2. Sin embargo, sólo un pequeño porcentaje de células (aproximadamente 5%) están infectadas en el punto final experimental (48 hpi). Esto puede deberse a efectos secundarios, ya que no se puede excluir la posibilidad de que la producción de interferones por las células inicialmente infectadas proteja a las células circundantes contra rondas posteriores de infecciones. Sin embargo, las neuronas DA infectadas exhiben un fenotipo de senescencia que resulta en la secreción de citocinas tóxicas, que pueden desencadenar un SASP. SASP puede causar además inflamación y alterar la estructura y función del tejido localmente y contribuir a la inflamación crónica en todo el cuerpo. Sin embargo, aún se desconoce la relevancia clínica del nivel de cada paciente, dado que la infección parece afectar sólo a un porcentaje relativamente pequeño de neuronas DA.
Ronald Palacios Castrillo