A proteína S (glicoproteína spike) possui duas subunidades com funções diferentes, a primeira, denominada S1, reconhece o alvo do vírus, uma proteína transmembrana chamada enzima conversora de angiotensina-2 (ou ACE2) expressa na superfície de células dos pulmões, vasos sanguineos, coração, rins, intestinos e testículos. A segunda, S2, ajuda o vírus, uma vez ancorado à célula, a se fundir com a membrana da célula. Depois que a membrana externa do vírus se aglutina com a da célula afetada, o genoma viral é injetado na célula, sequestra sua estrutura de produção de proteínas e a força a gerar novos vírus.

Concepção artística da estrutura de um sarbecovírus, como o SARS-CoV-2, o vírus que causa a Covid-19
Concepção artística da estrutura de um sarbecovírus, como o SARS-CoV-2, o vírus que causa a Covid-19

A ACE2, descoberta no ano 2000, é muito semelhante em estrutura mas faz o papel inverso da ACE. Enquanto a última faz vasoconstrição e consequente aumento da pressão arterial, a ACE2 promove a vasodilatação e diminui a pressão.

Em pacientes com doenças crônicas a ACE2 geralmente é mais expressa, o que os torna mais suscetíveis a infecção pelo novo coronavírus. Além disso, o uso de medicamentos inibidores da enzima conversora de angiotensina (iECA) e dos bloqueadores dos receptores de angiotensina (BRA), comumente usados por pacientes com diabetes e hipertensão, pode resultar em um aumento ainda maior da expressão de ACE2 devido a um mecanismo compensatório.

O SARS-CoV-2 inicia a infecção ligando-se a receptores nas células hospedeiras por meio da proteína viral Spike (S). O receptor de entrada para o SARS-CoV-2 é a enzima conversora da angiotensina 2 da proteína da superfície celular humana (ACE2). O domínio de ligação ao receptor (RBD) dos Spikes do vírus age como uma trava, ligando-se com alta afinidade à ACE2.
O SARS-CoV-2 inicia a infecção ligando-se a receptores nas células hospedeiras por meio da proteína viral spike (S). O receptor de entrada para o SARS-CoV-2 é a enzima conversora da angiotensina 2 da proteína da superfície celular humana (ACE2). O domínio de ligação ao receptor (RBD) dos "spikes" do vírus age como uma trava, ligando-se com alta afinidade à ACE2.

Apesar da ACE2 ser a porta de entrada do coronavírus nas células, a diminuição nos níveis dessa proteína pode causar ainda mais danos aos pulmões de quem está infectado, pois ocasiona o aumento da permeabilidade vascular, do edema pulmonar e do acúmulo de neutrófilos, além da piora na função pulmonar.

A infecção modula negativamente a expressão de ACE2 nos sistemas cardiovascular e pulmonar, predispondo a miocardite e insuficiência respiratória, respectivamente. Por outro lado, a produção de citocinas pró-inflamatórias é aumentada, levando a uma resposta inflamatória exacerbada. Pesquisas mostram que a administração de ativadores de ACE2 antagoniza a tempestade de citocinas.

Estudos recentes sobre os efeitos vasculares da proteína S sozinha – não da infecção por coronavírus em si – sugerem que o fenômeno é muito provavelmente mediado por efeitos no endotélio vascular.

Em um estudo apresentado na reunião anual da Sociedade Americana de Farmacologia e Terapêutica Experimental, Experimental Biology 2021, os pesquisadores injetaram em ratos geneticamente modificados um pseudovírus que expressava a proteína spike de superfície do coronavírus SARS-CoV-2, enquanto um outro grupo de camundongos recebeu solução salina.

Os resultados mostram que os ratos que foram injetados com a proteína spike desenvolveram sintomas associados com covid-19, incluindo inflamação grave, um influxo de glóbulos brancos em seus pulmões, e evidência de uma tempestade de citocinas. Os camundongos que receberam o placebo permaneceram normais.

"Nossas descobertas mostram que a proteína spike do SARS-CoV2 causa lesão pulmonar mesmo sem a presença do vírus intacto", disse Pavel Solopoy, professor assistente do Centro de Pesquisa Frank Reidy na Old Dominion University. "Este mecanismo até então desconhecido pode causar sintomas antes que ocorra uma replicação viral substancial".

"O camundongo geneticamente modificado junto com apenas um segmento da proteína spike pode ser usado para estudar a lesão pulmonar por SARS-CoV-2", disse Solopov. "Podemos usar esta ferramenta para desenvolver uma melhor compreensão de como a proteína spike causa sintomas pulmonares – mesmo sem o vírus intacto – a fim de desenvolver novos alvos e terapêuticas para covid-19".

Em um outro estudo, SARS-CoV-2 Spike Protein Impairs Endothelial Function via Downregulation of ACE 2, publicado em 31 de março de 2021 na Circulation Research, os pesquisadores apenas injetaram a proteína spike diretamente em camundongos. O experimento mostrou que a proteína S sozinha pode danificar as células endoteliais vasculares ao diminuir a regulação da enzima de conversão da angiotensina (ACE2) e, consequentemente, inibir a função mitocondrial.

A equipe comparou células endoteliais com diferentes formas mutacionais da proteína de superfície ACE2. A resposta foi bastante diferente, sugerindo que é de fato a ligação da proteína spike à ACE2 uma parte fundamental do processo. Naturalmente, isso acontece quando o coronavírus infecta o tecido vascular, mas este trabalho mostra que não é todo o processo de infecção viral o responsável por todos os problemas: ele começa com o evento de ligação inicial.

"A infecção por SARS-CoV-2 depende da ligação da proteína S à ACE2 nas células hospedeiras. O endotélio vascular pode ser infectado por SARS-CoV-2, que desencadeia a produção de espécies reativas de oxigênio mitocondrial e desvio glicolítico. Paradoxalmente, a ACE2 é protetora do sistema cardiovascular, e a proteína S promove lesão pulmonar ao diminuir o nível de ACE2 nos pulmões infectados", diz o estudo.

"Embora os achados precisem ser confirmados com o vírus SARS-CoV-2 em um estudo futuro, parece paradoxal que a redução da ACE2 pela proteína S diminuiria a infectividade do vírus, protegendo assim o endotélio. No entanto, um sistema renina-angiotensina desregulado devido à redução da ACE2 pode exacerbar a disfunção endotelial, levando à endotelite", escrevem os pesquisadores.

"Coletivamente, nossos resultados sugerem que o dano de células endoteliais exercido pela proteína S substitui a diminuição da infecciosidade do vírus".

Os autores concluiram que a resposta de anticorpos gerada pela vacinação contra a proteína spike não apenas protege o hospedeiro da infecciosidade do SARS-CoV-2, mas também inibe a lesão endotelial imposta pela proteína S.

Significado das descobertas para a vacinação

Os pacientes que se recuperaram de covid-19 produziram naturalmente proteínas protetoras chamadas anticorpos neutralizantes que têm como alvo o RBD (domínio de ligação ao receptor). Quase todas as vacinas em desenvolvimento visam persuadir o sistema imunológico das pessoas a produzi-los, expondo-o ao RBD e não ao vírus mortal que o produz – são de fato vacinas contra a proteína spike.

Se as vacinas para prevenção da covid-19 fazem com que as pessoas expressem a proteína spike – via mRNA ou vetores de adenovírus – o efeito seria como se tivessem sido infectadas com coronavírus?

A resposta parece ser "não".

As vacinas são aplicadas via intramuscular, preferencialmente no músculo deltóide, um tecido mais espesso e sem nenhuma veia ou artéria facilmente atingida no local da injeção. As células musculares ao redor são atingidas pelo imunizante, enquanto uma boa parte da dose está no fluido intercelular e, portanto, drena pelo sistema linfático, não pela corrente sanguínea. Esse é o objetivo, uma vez que os gânglios linfáticos são o principal local de resposta imunológica.

A proteína spike produzida pela vacinação está localizada na superfície dos músculos e células linfáticas no ombro. Ela não tem liberdade de circulação, de forma que encontre as proteínas ACE2 na superfície de outras células humanas.

Embora parte da dose da vacina alcance a corrente sanguínea, quando o mRNA ou as partículas de adenovírus atingem células fora do fígado ou do local da injeção, elas ainda estão fazendo com que expressem a proteína spike ancorada em suas superfícies, sem despejá-la na circulação.

Um estudo com a distribuição para a vacina Pfizer / BioNTech, usando um marcador radioativo, mostra que a grande maioria da radioatividade permanece dentro e ao redor do local da injeção. Nas primeiras horas, havia algum mRNA circulando no plasma, mas quase todo acabou no fígado, e nenhum outro tecido ultrapassou 1% do total.

"Os relatos de problemas com a proteína spike são interessantes e importantes para a infecção por coronavírus, mas não significam que as próprias vacinas vão causar problemas semelhantes", pondera Derek Lowe em seu blog da Science Translational Medicine. "Na verdade, o fato de que essas vacinas são direcionadas à spike significa que elas são protetoras de mais maneiras do que imaginamos".

* Com informações do Contagion Live, Circulation Research, Cell, Science Translational Medicine

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