COVID-19-Immagine credit public domain.
Un team guidato dall’Università di Sydney ha identificato la rottura dei globuli rossi nei siti endoteliali morenti come una delle cause principali dell’ostruzione microvascolare nel COVID-19, bypassando il ruolo previsto dei coaguli di fibrina e piastrine.
Immagine: schematic of RBC lysis and Endo-seal formation on dying endothelium. Credit: Nature
Durante la pandemia di COVID-19 sono emersi casi di gravi lesioni ai vasi sanguigni più piccoli del corpo, implicati sia in improvvisa insufficienza d’organo che in sintomi persistenti che durano mesi. I tessuti dei pazienti colpiti rivelano estesi danni endoteliali a livello di polmoni, cuore, reni ed epatovascolare.
I modelli standard di trombosi, coaguli microvascolari formati da fibrina e piastrine, hanno faticato a spiegare l’entità della disfunzione capillare. Le terapie anticoagulanti hanno mostrato solo un modesto beneficio, sollevando la possibilità che la microangiopatia da COVID-19 segua un meccanismo diverso.
Nello studio “Ischaemic endothelial necroptosis induces haemolysis and COVID-19 angiopathy”, pubblicato su Nature, i ricercatori hanno progettato modelli genetici e di imaging multimodale per determinare se l’emolisi dei globuli rossi (RBC), piuttosto che la trombosi, sia la causa dell’ostruzione microvascolare.
Il tessuto autoptico di pazienti affetti da COVID-19 è stato utilizzato per valutare oltre 1.000 vasi sanguigni provenienti da polmoni, cuore, reni e fegato.
L’imaging ha rivelato una perdita diffusa dei marcatori di superficie endoteliale e dell’integrità cellulare. La morte cellulare è apparsa più frequente negli organi con gravi lesioni tissutali, in particolare cuore, fegato e reni. Fino al 50% dei vasi mostrava segni di distacco endoteliale.
L’esame istologico e la microscopia elettronica hanno rilevato un materiale acellulare ricco di proteine depositato lungo le pareti vasali. Questo materiale si colorava intensamente per CD235, un marcatore di membrana dei globuli rossi, ma non per fibrina, piastrine o DNA. Le membrane dei globuli rossi lisati si accumulavano attorno all’endotelio necrotico e si incuneavano tra i globuli rossi intatti.
Nei polmoni, questo quadro era rado. Nel fegato, nei reni e nel cuore, la deposizione di membrana si è manifestata nel 27-30% dei vasi. I tessuti COVID-19 hanno mostrato una lisi dei globuli rossi più frequente rispetto ai controlli abbinati con sindrome da distress respiratorio acuto non COVID.
I campioni autoptici di pazienti non affetti da COVID con infarto del miocardio, ictus e ischemia intestinale hanno mostrato lo stesso schema di necrosi endoteliale della coorte COVID, deposizione della membrana dei globuli rossi e ostruzione microvascolare.
L’emolisi dei globuli rossi è stata riscontrata fino al 45% dei microvasi di reni, fegato e cuore, con un coinvolgimento minimo nei polmoni. L‘imaging correlativo e la mappatura dell’intensità hanno confermato un’associazione spaziale tra danno endoteliale e frammenti di membrana derivanti dalla rottura dei globuli rossi.
Nei tessuti di pazienti non affetti da COVID-19 con infarto del miocardio, ictus e ischemia intestinale, è stato osservato un modello simile di morte endoteliale e lisi dei globuli rossi.
Nei modelli murini, l’ischemia da sola ha innescato la necrosi endoteliale, caratterizzata da MLKL e RIPK3 fosforilati, insieme alla lisi dei globuli rossi mediata dal complemento.
L’infezione da SARS-CoV-2 ha prodotto un’emolisi minima negli organi oltre il polmone. La delezione genetica di Mlkl nelle cellule endoteliali ha ridotto la frammentazione dei globuli rossi, l’ostruzione microvascolare e il danno d’organo. Nei topi con deficit di C9, anche la lisi dei globuli rossi è stata soppressa, confermando la necessità dell’attivazione del complemento.
La microscopia intravitale in tempo reale ha rivelato che le membrane eritrocitarie emolizzate aderivano all’endotelio necrotico, formando strati che bloccavano la perfusione. Questi depositi endovascolari si formavano indipendentemente dalle piastrine o dalla fibrina.
Nei topi privi di MLKL o di funzionalità del complemento, il sanguinamento localizzato è aumentato, implicando la deposizione della membrana eritrocitaria come barriera emostatica strutturale. L’aggregazione dei globuli rossi intatti è stata indotta dalle membrane lisate e si è verificata esclusivamente in condizioni di basso taglio.
In vitro, i frammenti di globuli rossi da soli erano sufficienti a innescare l’adesione e l’aggregazione in assenza di piastrine, leucociti o plasma. La perfusione è stata migliorata e il danno tissutale ridotto nei topi privi di MLKL endoteliale, il che suggerisce un ruolo dell’emolisi indotta dalla necrosi nel promuovere l’ostruzione vascolare.
I ricercatori concludono che la necrosi endoteliale innesca una cascata in cui l’attivazione del complemento provoca la rottura dei globuli rossi adiacenti.
Frammenti di queste cellule lisate formano un sigillo fisico sulle pareti dei vasi danneggiati, prevenendo il sanguinamento interstiziale in condizioni di compromissione di piastrine e fibrina. Tuttavia, quando questa risposta è esagerata, lo stesso materiale si accumula in aggregati ostruttivi che bloccano il flusso sanguigno.
I risultati suggeriscono che la necrosi e il complemento, insieme, plasmano un meccanismo di controllo microvascolare basato sui globuli rossi, che opera indipendentemente dalle vie di coagulazione classiche. L’inibizione di MLKL o del complemento ha ridotto l’ostruzione vascolare e migliorato la perfusione tissutale, ma ha anche aumentato il rischio di sanguinamento, rivelando un compromesso tra protezione ed emostasi.
Identificando un processo esterno alla trombosi indotta dalle piastrine, lo studio potrebbe spiegare perché gli anticoagulanti spesso non riescono a ripristinare il flusso microvascolare nel COVID-19. Potenziali approcci terapeutici potrebbero includere il blocco della necrosi, l’inibizione del complemento terminale o l’eliminazione dell’eme libero, sebbene gli autori osservino che l’interruzione di questo sistema potrebbe anche comprometterne la funzione protettiva.
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“I nostri studi dimostrano l’esistenza di un meccanismo emostatico dei globuli rossi indotto dalla morte delle cellule endoteliali, che funziona indipendentemente dalle piastrine e dalla fibrina”, hanno scritto gli autori.
“Il target terapeutico di questo processo emolitico potrebbe ridurre l’ostruzione microvascolare nel COVID-19 e in altre importanti patologie umane associate all’ischemia d’organo“.
Fonte: Nature