Gli embrioni sono sensibili al COVID-19 se la madre si ammala

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I geni che si ritiene abbiano un ruolo nel modo in cui il virus SARS-CoV-2 infetta le nostre cellule sono stati trovati attivi negli embrioni già durante la seconda settimana di gravidanza, affermano gli scienziati dell’Università di Cambridge e del California Institute of Tecnologia (Caltech).

I ricercatori affermano che ciò potrebbe significare che gli embrioni sono suscettibili al COVID-19 se la madre si ammala, influenzando potenzialmente le possibilità di una gravidanza di successo.

Mentre inizialmente riconosciuto come causa di malattie respiratorie, il virus SARS-CoV-2 , che causa la malattia COVID-19, colpisce anche molti altri organi.

L’età avanzata e l’obesità sono fattori di rischio per complicazioni, ma le domande relative ai potenziali effetti sulla salute del feto e alla gravidanza riuscita per le persone infette da SARS-CoV-2 rimangono in gran parte senza risposta.

Per esaminare i rischi, un team di ricercatori ha utilizzato la tecnologia sviluppata dalla professoressa Magdalena Zernicka-Goetz dell’Università di Cambridge per coltivare embrioni umani attraverso lo stadio che normalmente impiantano nel corpo della madre per osservare l’attività – o “espressione” – di geni chiave nell’embrione. I loro risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Open Biology della Royal Society.

Sulla superficie del virus SARS-CoV-2 sono presenti grandi proteine ​​”spike”. Le proteine ​​Spike si legano all’ACE2, un recettore proteico presente sulla superficie delle cellule del nostro corpo.

Sia la proteina di picco che l’ACE2 vengono quindi scisse, permettendo al materiale genetico del virus di entrare nella cellula ospite. Il virus manipola i macchinari della cellula ospite per consentire al virus di replicarsi e diffondersi.

I ricercatori hanno trovato modelli di espressione dei geni ACE2, che forniscono il codice genetico per il recettore SARS-CoV-2, e TMPRSS2, che fornisce il codice per una molecola che divide sia la proteina virale che il recettore ACE2, permettendo all’infezione di si verificano.

Questi geni sono stati espressi durante le fasi chiave dello sviluppo dell’embrione e in alcune parti dell’embrione che si sviluppano in tessuti che interagiscono con l’afflusso di sangue materno per lo scambio di nutrienti.

L’espressione genica richiede che il codice DNA sia prima copiato in un messaggio RNA, che quindi dirige la sintesi della proteina codificata. Lo studio riporta la scoperta dei messaggeri di RNA.

La professoressa Magdalena Zernicka-Goetz, che ricopre incarichi presso l’Università di Cambridge e Caltech, ha dichiarato: “Il nostro lavoro suggerisce che l’embrione umano potrebbe essere suscettibile al COVID-19 già dalla seconda settimana di gravidanza se la madre si ammala.

“Per sapere se questo potrebbe davvero accadere, ora diventa molto importante sapere se le proteine ​​ACE2 e TMPRSS2 sono prodotte e posizionate correttamente sulle superfici cellulari.

Se si verificano anche questi passaggi successivi, è possibile che il virus possa essere trasmesso dalla madre e infettare le cellule dell’embrione. “

Il professor David Glover, anch’egli di Cambridge e Caltech, ha aggiunto: “I geni che codificano per le proteine ​​che rendono le cellule sensibili alle infezioni da questo nuovo coronavirus si esprimono molto presto nello sviluppo dell’embrione.

Questa è una fase importante quando l’embrione si attacca al grembo materno e intraprende un importante rimodellamento di tutti i suoi tessuti e per la prima volta inizia a crescere. COVID-19 potrebbe influenzare la capacità dell’embrione di impiantarsi correttamente nell’utero o potrebbe avere implicazioni per la futura salute del feto. “

Il team afferma che sono necessarie ulteriori ricerche utilizzando modelli di cellule staminali e primati non umani per comprendere meglio il rischio. 

Tuttavia, affermano che i loro risultati sottolineano l’importanza per le donne che pianificano per una famiglia di cercare di ridurre il rischio di infezione.

“Non vogliamo che le donne siano indebitamente preoccupate da questi risultati, ma rafforzano l’importanza di fare tutto il possibile per ridurre al minimo il rischio di infezione”, ha affermato Bailey Weatherbee, un dottorato di ricerca. studente presso l’Università di Cambridge.


La placenta nella difesa dai virus

Una barriera strutturale e fisica per SARS-CoV-2

La placenta, contenente villi galleggianti e di ancoraggio, è un organo transitorio fatto di tessuti materni e fetali [13,14] che ha due responsabilità principali: nutrire e proteggere il feto [15].

I villi sono coperti da un syncytiotrophoblast non proliferativo e multinucleato (STB o syncytium) [13,14], che è formato e mantenuto dalla fusione di uno strato interno di cellule progenitrici proliferative, chiamate citotrophoblasts villi (vCTBs) [13,14].

Durante la gravidanza, i vCTB dei villi di ancoraggio sono in grado di crescere nel decidua materno [16]. In queste colonne cellulari proliferative, le vCTB si differenziano in un fenotipo invasivo, chiamato trofoblasti extravilli (EVT) [16].

Gli EVT invadono nella decidua materna, costituita da circa il 40% di cellule immunitarie [17], dove si differenziano in cellule giganti multinucleari nel miometrio o colonizzano il lume delle arterie a spirale, che vengono rimodellate per il sufficiente apporto di sangue e il trasferimento di nutrienti al embrione [16].

Il nucleo dei villi corionici contiene diversi tipi di cellule, comprese le cellule immunitarie, come le cellule di Hofbauer (macrofagi fetali) che si trovano adiacenti a capillari fetali, fibroblasti, cellule endoteliali fetali e cellule staminali / stromali mesenchimali (MSC) [18,19].

Su entrambi i tipi di villi, l’STB costituisce lo strato cellulare più esterno ed è, quindi, l’interfaccia chiave tra sangue materno e fetale [20], responsabile dello scambio di nutrienti e della produzione di ormoni, tra cui la gonadotropina corionica umana e il progesterone a supporto della gravidanza [21].

La difesa intrinseca della placenta è radicata nella sua architettura: in primo luogo, lo strato STB più esterno viene periodicamente rigenerato [9,10] e coperto da una fitta rete di microvilli ramificati che si estende su un’area di 12-14 m2 al termine della gestazione umana [13,22].

È importante sottolineare che lo strato STB multinucleato fuso non contiene giunzioni intercellulari [23] che possono essere sfruttate da agenti patogeni o modulate da segnali infiammatori.

In secondo luogo, l’STB contiene una rete citoscheletrica insolitamente densa che crea un bordo a pennello schermante sulla superficie apicale [24]. È interessante notare che, sulla base di un modello di cellule staminali trofoblasto murino, è stato dimostrato che l’interruzione della polimerizzazione dell’actina con la citochalasina D riduce l’elasticità sinciziale e si correla con una maggiore invasione batterica, suggerendo un importante coinvolgimento del citoscheletro di actina nei meccanismi di difesa dell’ospite [25].

In terzo luogo, vengono utilizzati diversi recettori cellulari per il riconoscimento o l’ingresso dei patogeni [19]. L’STB a malapena esprime recettori a pedaggio (TLR) o recettori di interiorizzazione come E-caderina, che potrebbero riconoscere agenti patogeni o mediare la loro entrata cellulare [15,26].

I TLR sono componenti chiave del sistema immunitario innato che riconoscono sequenze conservate sulle superfici dei patogeni che avviano le funzioni delle cellule effettrici [26]. Curiosamente, l’espressione dei TLR non è continua durante la gravidanza. Nella placenta del primo trimestre, EVT e vCTB esprimono TLR-2 e TLR-4, mentre lo strato di STB è negativo per entrambi i recettori [26].

Al contrario, in termini di placenta, l’espressione di TLR-2 e TLR-4 è limitata a STB ed EVT [27]. Ancora più importante, l’STB esprime a malapena la E-caderina ed è quindi altamente resistente alle infezioni da Listeria monocytogenes, mentre gli EVT esprimono abbondantemente la E-caderina e fungono da portale di accesso primario da compartimenti sia intracellulari che extracellulari [23].

In quarto luogo, l’STB non esprime le caveoline [28,29], che svolgono un ruolo nella trasduzione del segnale intracellulare e intercellulare [30]. Il loro ruolo nell’endocitosi e nella transcitosi consente ad alcuni virus di entrare nelle cellule ospiti [29].

Mentre le caveoline sono espresse nell’endotelio placentare, nelle cellule dello stroma, nelle cellule muscolari lisce e nei periciti [29,31], tuttavia non sono [28,29] o solo debolmente espresse nel termine STB [31]. Ciò può implicare un meccanismo di difesa fisiologica sviluppato dall’STB contro il danno cellulare mediato da virus e la trasmissione verticale, come suggerito da Celik e colleghi [32].

Poiché la famiglia dei coronavirus non usa le caveoline per entrare nelle cellule, gli autori ipotizzano che la SARS-CoV-2 possa raggrupparsi sulle caveoline per consentire la loro colonizzazione al di fuori delle cellule, innescando infiammazione e danni locali [32].

In effetti, la caveolina-1 (Cav-1) avvia l’infiammazione attraverso il potenziatore della catena leggera kappa-fattore nucleare delle cellule B attivate (NF-κB) che innescano l’aumento del rilascio di citochine come l’interleuchina 6 (IL-6) e il tumore fattore di necrosi α (TNFα) [33].

A causa della mancanza di sufficiente espressione di Cav-1, l’STB potrebbe essere protetto dal danno cellulare correlato al virus [32].

In quinto luogo, la membrana basale situata sotto lo strato di vCTB rappresenta un’ulteriore barriera fisica [34]. Nel loro insieme, la placenta umana, in particolare l’STB, fornisce una potente barriera di difesa strutturale e fisica contro la maggior parte dei patogeni. I meccanismi di difesa immunologica saranno discussi di seguito (Sezione 4).

Gli agenti patogeni possono passare attraverso la barriera placentare

Essendo costantemente sottoposto al sangue materno, l’STB non è sempre in grado di impedire a tutti i patogeni di danneggiare e attraversare la barriera placentare.

Questa barriera potrebbe anche non funzionare bene nelle prime fasi della gravidanza in cui la fusione intercellulare non è completamente completata, o nelle fasi successive della gravidanza in cui la formazione di sincizio inizia a diminuire [15,35].

Inoltre, i patogeni immunocompromessi possono interrompere la difesa fisiologica della placenta e consentire la trasmissione da madre a figlio [32].

Disturbi materni, come l’EP, che sopprimono la fusione intercellulare e la formazione di sincizio [36], possono lasciare il feto soggetto a infezioni virali [32]. Allo stesso modo, un elevato carico di virus o l’attacco simultaneo di agenti patogeni può portare alla rottura della difesa STB [15].

Se gli agenti patogeni superano questa barriera, le infezioni virali possono provocare difetti dannosi, tra cui aborto spontaneo, parto morto, sepsi fetale, parto prematuro, limitazione della crescita fetale, difetti alla nascita come microcefalia o cardiopatia congenita, nonché mortalità perinatale [4].

Alcuni dei patogeni più comuni che sono in grado di attraversare e infettare la barriera placentare sono indicati come TORCH (Toxoplasma gondii, altri (inclusi virus della varicella zoster, parvovirus B19, virus dell’immunodeficienza umana (HIV), enterovirus, Listeria monocytogenes e Treponema pallidum sifilide), rosolia, citomegalovirus (CMV) e herpes simplex virus (HSV)) [37,38]. Inoltre, il virus Zika (ZIKV) è emerso come il nuovo membro TORCH [37].

Per le infezioni, i patogeni adottano varie strategie per bypassare i meccanismi di difesa ed entrare in una cellula ospite. Le fasi generali dell’infezione da virus comprendono il riconoscimento del recettore / co-recettore ospite, l’assorbimento nella cellula ospite, il rivestimento del genoma virale e il dirottamento dei processi cellulari per la replicazione virale [39].

Per questo, il virus entra nella cellula ospite attraverso due meccanismi principali: attraverso la fusione diretta mediata dal recettore con la membrana cellulare (virus avvolti) o attraverso l’endocitosi mediata dalla clatrina [40,41].

Inoltre, ci sono anche percorsi endocitotici indipendenti dalla clatrina, tra cui endocitosi, macropinocitosi o scarsamente dipendenti dalla caolinina o meccanismi di captazione scarsamente caratterizzati che non coinvolgono né clatrina né caveolina come endocitosi mediata da zattere lipidiche [42,43].

I virus colpiscono spesso più tipi di cellule e la loro trasmissione può avvenire anche attraverso la diffusione da cellula a cellula, che potrebbe non dipendere dai recettori cellulari e contribuire efficacemente alla patogenesi virale [39]. Diversi tipi di cellule della placenta possono essere utilizzati come siti di replicazione di agenti patogeni tra cui EVT, cellule immunitarie materne della decidua, cellule giganti del trofoblasto, cellule di Hofbauer o vCTB [19,20].

Ad esempio, per raggiungere i vCTB, il citomegalovirus umano (HCMV) bypassa lo strato di STB mediante transcitosi mediata dal recettore [20] usando il recettore Fc neonatale (FcRn), che trasporta l’immunoglobulina G (IgG) nella seconda metà della gravidanza [44].

I patogeni possono infettare ulteriormente le cellule di Hofbauer, che possono contribuire alla trasmissione verticale in quanto possono fungere da serbatoi virali [45]. Lo ZIKV o l’HIV possono superare la barriera fisica attraverso i macrofagi del sangue materno infetti (PBMC), che trasmettono l’infezione ai trofoblasti della placenta [19].

Nel caso di SARS-CoV-2, se è in grado di entrare in PBMC, non sembra replicarsi in queste cellule, poiché i campioni di sangue di pazienti COVID-19 hanno appena mostrato letture virali nel sequenziamento del trascrittoma di PBMC [46] .

Tuttavia, all’aumentare dell’apoptosi dell’STB, la sua integrità diminuisce durante la gravidanza [47,48]. Piccole lesioni contenenti fibrinoide che sono causate da perdita di STB, taglio o stress ipossico e lesioni immuno-mediate da anticorpi materni o dal sistema del complemento, possono facilitare la trasmissione verticale, specialmente durante la successiva gestazione [35].

SARS-CoV-2 e gravidanza

La placenta: recettori e proteasi per i coronavirus di entrata SARS-CoV-2, virus avvolti con un RNA a singolo filamento, senso positivo, entrano nella cellula bersaglio mediante legame del recettore, spesso realizzato da scissione proteolitica acido-dipendente del picco (S) proteine ​​seguite da endocitosi, replicazione del genoma ed esocitosi di virioni maturi [49].

La proteina S di SARS-CoV-2 è la chiave per l’ingresso nelle cellule ospiti, media il riconoscimento dei recettori e facilita la fusione con la membrana cellulare [50].

Studi recenti hanno dimostrato che l’enzima di conversione dell’angiotensina umana II (ACE2) è il recettore ospite per SARS-CoV-2 [51].

Inoltre, sulla base di approcci bioinformatici e modelli di docking delle proteine, è stato anche proposto che la SARS-CoV-2 si leghi alla dipeptidil peptidasi 4 umana (DPP4) con un’alta affinità [52,53].

Come terzo recettore alternativo, SARS-CoV-2 può legarsi al gruppo di differenziazione 147 (CD147) / Basigin (BSG), che facilita l’invasione virale [54]. Per essere completamente funzionale, la proteina S di SARS-CoV-2 deve essere scissa proteoliticamente dalla proteasi transmembrana umana serina 2 (TMPRSS2) [55], cathepsin L (CTSL) [55], furina, elastasi, fattore X o tripsina [ 56,57].

Affinché SARS-CoV-2 sia in grado di infettare la placenta, le cellule devono ospitare i suddetti recettori e proteasi. Studi multipli che utilizzano immunoistochimica (IHC) o riesame trascrittomico di set di dati pubblici (microarray o tecnologia di sequenziamento dell’RNA a singola cellula (scRNA-Seq)) hanno studiato l’espressione dei recettori e le proteasi di innesco in vari tipi cellulari del materno-fetale interfaccia (tabella 1).

Valdes e colleghi hanno riportato la localizzazione del recettore ACE2 su STB, vCTB, endotelio, cellule muscolari lisce vascolari, EVT e cellule deciduali [58]. In particolare, l’mRNA e la proteina ACE2 sono stati segnalati per essere molto abbondanti nella placenta gestazionale precoce, specialmente nello STB e nello stroma villo, e in misura minore nei vCTB [59].

Curiosamente, l’abbondanza di ACE2 e TMPRSS2 varia durante la gravidanza. Sulla base dei dati scRNA-seq [61], Li e colleghi hanno rivelato che l’ACE2 è ampiamente diffuso in specifici tipi cellulari dell’interfaccia materno-fetale, comprese le cellule stromali e le cellule perivascolari della decidua, e vCTB e STB [60].

Al contrario, ACE2 non è espresso in EVT nella placenta gestazionale precoce (6-14 settimane gestazionali). La proteasi TMPRSS2 è abbondante nelle vCTB e nelle cellule ghiandolari epiteliali, ma bassa nella STB [60].

Il rianalizzamento di un altro studio trascrittomico su singola cellula [62] ha confermato l’espressione di mRNA di ACE2 e TMPRSS2 in vCTBs e STB [60]. Inoltre, ACE2 e TMPRSS2 sono a basso contenuto di EVT nella placenta precoce (otto settimane) e sono significativamente aumentati in EVT alla gestazione successiva (24 settimane), entrambi sono espressi in vCTB, STB ed EVT [60].

Ashray et al. ha mostrato la co-espressione di ACE2 e TMPRSS2 nel 14% degli STB del primo trimestre e nel 15% degli EVT del secondo trimestre [65]. Insieme, questi dati suggeriscono che ACE2 e TMPRSS2 sono co-espressi in vCTB, STB ed EVT nell’interfaccia materno-fetale.

È interessante notare che altri hanno rivelato che ACE2 e TMPRSS2 sono co-espressi in una porzione di cellule epiblast umane, suggerendo che i primi embrioni umani potrebbero essere sensibili all’infezione da SARS-CoV-2 [67].

Nel ratto, l’ACE2 è arricchito nella zona decidua primaria e secondaria e nelle cellule epiteliali luminali e ghiandolari nella prima gestazione, mentre la sua colorazione è visualizzata nella placenta labirintica e nell’epitelio sacro amniotico e tuorlo nella gestazione tardiva [78,79].

Inoltre, l’abbondanza di ACE2 nella placenta di ratto è aumentata da metà gestazione [80]. Tuttavia, ulteriori osservazioni non sono in linea con questa ipotesi. Zheng et al. ha riferito che l’mRNA di ACE2 è basso in tutte le cellule di interfaccia materno-fetale che sono derivate dalla decidua e dalla placenta del primo trimestre, sebbene sia relativamente elevato nelle cellule perivascolari decidue [70].

Mentre l’ACR2 di mRNA è ancora rilevabile nelle cellule STB, vCTB, perivascolari e stromali decidue, l’mRNA di TMPRSS2 è al di sotto di un livello rilevabile [71]. Solo poche cellule della placenta e membrane corioamniotiche co-esprimono ACE2 e TMPRSS2 durante la gestazione [72].

Bassi livelli di ACE2 e TMPRSS2 sono stati riportati anche da un altro studio [76]. Questi dati supportano l’idea che la relativa assenza di uno o entrambi ACE2 e TMPRSS2 avrebbe meno probabilità di causare infezione transplacentare, poiché la coesistenza di entrambi è cruciale per l’ingresso di SARS-CoV-2 nelle cellule.

Le contrastanti analisi dei dati scRNA-seq relative ai livelli di espressione di ACE2 e TMPRSS2 possono derivare da vari campioni derivati ​​da regioni placentare variabili e a diverse età gestazionali, vari metodi di isolamento / ordinamento delle cellule e diverse tecniche di valutazione dell’mRNA o dell’elaborazione dei dati, compreso il controllo della qualità. Sono necessarie ulteriori ricerche per ottenere risultati più omogenei riguardo a quando e quali tipi di cellule esprimono i recettori e le proteasi per l’ingresso di SARS-CoV-2 all’interfaccia materno-fetale.

Inoltre, altri recettori e proteasi che mediano l’ingresso di SARS-CoV-2 nelle cellule sono anche arricchiti nella placenta. Recentemente, i set di dati di scRNA-seq hanno rivelato che DPP4 (CD26) è altamente espresso durante la gestazione, specialmente negli STB, nei vCTB e negli EVT [76], e anche in tutte le fasi dello sviluppo embrionale umano [67].

Inoltre, DPP4 ha dimostrato di essere espresso su EVT placentare che sopprimono la loro invasione [81]. Inoltre, CD147, il terzo recettore di ingresso suggerito per SARS-CoV-2 [54], svolge vari importanti ruoli fisiologici nei tessuti riproduttivi, compresa la placenta [82]. CD147 è necessario per il normale impianto mediando l’espressione genica nelle cellule stromali uterine di topo durante la gravidanza [83].

È anche espresso nelle cellule trofoblastiche della placenta umana, di topo e di ratto [84–86]. Funzionalmente, il CD147 è coinvolto nell’interazione trofoblasto-endometriale delle cellule, nell’invasione delle cellule trofoblasto e nella sincizializzazione [87]. È stato anche proposto che il CD147 sia espresso in MSC di origine del sangue del midollo osseo e del midollo osseo [88], indicando che le MSC placentare possono anche esprimere questo recettore, rendendo queste cellule vulnerabili all’infezione da SARS-CoV-2.

Ancora più importante, CD147 e la proteasi attivante CTSL, sono entrambi espressi durante lo sviluppo embrionale umano, come rivelato da set di dati scRNA-seq di embrioni umani [67].

Entrambi sono abbondanti in quasi tutte le cellule della placenta del primo trimestre, compresi STB, vCTB, EVT e cellule stromali vili, nonché in EVT che sono derivati ​​dal secondo trimestre [65]. Pique-Regi e colleghi hanno scoperto che la placenta e le membrane corioamniotiche esprimono alti livelli di CD147 durante la gravidanza [72].

È interessante notare che i livelli di CD147 erano elevati nel sangue delle donne preeclamptic [89]. Ciò può deteriorare la condizione sistemica delle donne in gravidanza con COVID-19 e rendere la placenta più suscettibile all’infezione da SARS-CoV-2.

Inoltre, la proteasi CTSL è altamente espressa in STB, vCTB ed EVT durante la gestazione [76], mentre la furina è espressa in STB e coinvolta nella sincizializzazione [90,91].

La furina si trova anche ad essere altamente espressa nei villi placentare sia delle scimmie rhesus che nell’uomo durante le prime fasi della gravidanza, promuovendo la migrazione e l’invasione delle cellule trofoblasto [92]. Da notare che la furina e la CTSL sono altamente espresse nei tessuti della placenta umana durante la gestazione [72], mentre la furina è particolarmente espressa in ACE2 + / TMPRSS2 + STB ed EVT [65].
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insieme, la composizione cellulare e molecolare della placenta determina la probabilità di infezione da SARS-CoV-2 e trasmissione verticale. Sebbene il livello di espressione e il periodo di ACE2 e TMPRSS2 nella placenta richiedano ulteriori indagini, altri mediatori potenzialmente interagenti con SARS-CoV-2 sono altamente abbondanti. Di conseguenza, possono rappresentare una via alternativa per l’infezione virale e l’eventuale trasmissione verticale.

Prova potenziale per la trasmissione verticale di SARS-CoV-2

La trasmissione verticale è una delle principali complicanze delle malattie virali [93]. Per quanto riguarda la SARS-CoV-2, sono stati riportati casi positivi piuttosto limitati, spesso nella fase avanzata della gravidanza con possibili infezioni postpartum.

Sebbene gli studi stiano emergendo, la maggior parte di essi sono casi clinici o piccole serie di casi. La presenza di SARS-CoV-2 deve essere confermata nelle sezioni della placenta, nel liquido amniotico o nel sangue cordonale al fine di indagare se la placenta è infetta.

È interessante notare che utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) singoli virioni SARS-CoV-2 sono stati rilevati nell’STB e nei fibroblasti villi di una donna con grave COVID-19 [94].

Altri hanno trovato l’RNA SARS-CoV-2 nella placenta e nel cordone ombelicale di una donna sintomatica complicata da grave PE [95]. In base all’IHC e all’ibridazione in situ (ISH), la proteina di picco SARS-CoV-2 è stata osservata principalmente nell’STB.

Una bassa quantità di particelle virali è stata confermata nel citosol di vCTB, STB e fibroblasti tramite TEM [95]. Un’infezione massiccia con SARS-CoV-2 è stata rilevata anche nella STB di una placenta di una donna asintomatica con obesità e anamnesi simile ai sintomi correlati a COVID-19 ma senza evidenza di trasmissione verticale che indica che la placenta impedisce il passaggio di SARS- CoV-2 al feto [96].

L’ISH è stato anche usato da Patané et al., Che mostrava punti positivi per l’RNA di proteina spike SARS-CoV-2 nell’STB di due placche di donne sintomatiche [97]. In rari casi [98-103] sono stati osservati anche placenta testata RT-PCR, sangue ombelicale, liquido amniotico o membrane placentare [98-103], e la carica virale è stata rilevata sul lato materno e fetale della placenta [96].

Con un’eccezione [103], tutte le donne presentavano sintomi COVID-19 [98-102]. Contrariamente a studi più ampi che non hanno mostrato evidenza di trasmissione verticale di SARS-CoV-2 [104-106], si sospettava un’infezione transplacentare in tre casi di donne sintomatiche, in cui i neonati presentavano livelli elevati di IgM che suggerivano che i neonati fossero probabilmente infetti in utero, poiché gli anticorpi IgM non sono in grado di attraversare la placenta [107.108].

In una revisione sistematica recentemente pubblicata da Walker et al., Il rischio di infezione neonatale da
SARS-CoV-2 è stato valutato per valutare la probabilità della trasmissione verticale [109]. Sono stati inclusi 49 studi che hanno riportato un totale di 666 neonati e 28 infezioni confermate COVID-19 (4,2%) [109].

Il tasso di neonati infetti era più alto con taglio cesareo (CS) (5,3%) rispetto al parto vaginale (2,7%) [109]. Secondo la Federazione internazionale di ginecologia e ostetricia (FIGO), il parto vaginale non è controindicato nei pazienti con COVID-19 [110].

In una recensione precedente che sintetizzava i dati pubblicati di 179 neonati, il tasso di infezione era di circa il 4,47%, con otto casi di potenziale trasmissione verticale [111]. Recentemente, è stata pubblicata una valutazione sistemica di 37 studi, tra cui 275 donne in gravidanza e 248 neonati, con valutazione della qualità [112].

La maggior parte delle donne in gravidanza presentava sintomi da lievi a moderati, due morti di nati morti e l’8% dei neonati erano SARS-CoV-2-postivi mediante RT-PCR, ma il tasso di parto prematuro era del 28% [112], mentre il tasso pretermine globale è stato segnalato per essere il 10,6% [113]. Per fornire un quadro completamente aggiornato, abbiamo anche riassunto i rapporti pubblicati con potenziali prove di trasmissione verticale e neonati testati positivi, indicando che la trasmissione di SARS-CoV-2 può avvenire ma è ancora rara (Tabella 2).

Tabella 2. Potenziali prove della trasmissione verticale da donne in gravidanza con COVID-19. Sono stati identificati 35 casi con neonati positivi SARS-CoV-2 (RT-PCR), per cui non possiamo escludere una possibile duplicazione di 13 casi con test RT-PCR positivi riportati da Wuhan, Cina [114–120]

Complessivamente, ci sono prove minori di infezione verticale, ma i virioni SARS-CoV-2 sono in grado di entrare nello STB. Ci sono segnalazioni crescenti di infezioni neonatali da COVID-19 postpartum; tuttavia, è attualmente inafferrabile il fatto che siano causati dalla trasmissione transplacentare o orizzontale attraverso il contatto diretto poco dopo la consegna.

Mancano ancora prove definitive di infezioni verticali a causa di casi ostetrici segnalati limitati. Sono urgentemente necessari studi di coorte prospettici ben progettati con rigidi criteri di inclusione ed esclusione per determinare con precisione il rischio di trasmissione transplacentare.

È inoltre necessario disporre di prove più definitive nonché di “definizioni chiare” del termine “trasmissione verticale” [126].

Patologia placentare causata da SARS-CoV-2

Gli esami istopatologici del tessuto placentare di pazienti COVID-19 possono fornire preziose informazioni sulla progressione fetale e sull’esito neonatale. Tuttavia, questi studi sono attualmente molto limitati. Nel primo studio con tre placche del terzo trimestre, gli autori hanno osservato un aumento dei gradi di deposizione di fibrina e nodi sinciziali accompagnati da un corangioma o da un infarto placentare massiccio [127].

Baergen e Heller hanno indagato su placenta a venti termini [128], compresi i loro cinque casi pubblicati precedentemente [129]. L’istologia di dieci placentas era patologicamente cospicua insieme a malperfusione vascolare materna (MVM), trombosi vascolare fetale, aumento della deposizione di fibrina intramurale, carioressosi stromale-vascolare e / o villite cronica, con conseguente insufficienza placentare [128,129].

La MVM è una lesione della placenta correlata a un flusso sanguigno materno patologico alterato con conseguente ossigenazione anormale con esiti perinatali potenzialmente avversi, inclusa la morte del feto [130,131].

Clinicamente, la MVM è spesso associata a disturbi della gravidanza ipertensivi, tra cui una grave PE pretermine [130,132]. In uno studio con 16 placentas (15 terzo trimestre e un secondo trimestre), rispetto ai controlli,

le placentas presentavano tassi più elevati di caratteristiche di MVM, in particolare arteriopatia decidua, tra cui aterosi, necrosi fibrinoide e ipertrofia murale, un aumento significativo dei trombi intermedi e un’elevata incidenza di corangiosi senza un significativo aumento dell’infiammazione [133].

In un altro studio, i due termini analizzati placentas hanno mostrato intervillosite cronica con presenza di infiltrazione di macrofagi CD68-positivi [97]. L’intervillosite e l’infarto accompagnati da infiltrato infiammatorio consistevano in macrofagi CD68-positivi [123] o in altri due casi sono stati osservati depositi di fibrina perivillo diffusa [100].

La placenta di una donna con COVID-19 asintomatica ha mostrato una massiccia infezione con infiammazione generalizzata (presenza di macrofagi M2, cellule T citotossiche e di aiuto e linfociti B attivati) caratterizzata da intervillosite istiocitica con fibrina perivillo diffusa e necrosi dell’STB [96 ].

Le sezioni placentare di un ulteriore caso clinico presentavano edema villo focale e vasculopatia deciduale [94], una terminologia che descrive collettivamente i cambiamenti patologici che coinvolgono l’apporto vascolare materno alla placenta [131].

È importante sottolineare che gli effetti avversi a lungo termine delle donne con MVM e / o parto pretermine sono un aumento del rischio materno per lo sviluppo di malattie cardiovascolari più avanti nella vita [130,134]. Le complicanze della gravidanza ipertensive, come l’EP, sono anche associate ad un aumento dei tassi di malattie cardiovascolari e metaboliche nell’ultima vita di madre e bambino [135].

Recentemente, è stata ipotizzata la possibilità di conseguenze avverse a breve o medio termine sulla fisiopatologia della placenta a causa della presenza osservata di emorragia intermittente e deposizione moderata di fibrina nel tessuto placentare di una donna asintomatica [103].

Sebbene non siano stati osservati gravi esiti della gravidanza nelle donne durante la tarda gravidanza, ci sono ancora casi rari di morte fetale intrauterina (sedicesima settimana di gestazione) con edema dei villi e un ematoma retroplacentare accompagnato da rottura pretermine delle membrane [133] e parto morto (19a settimana di gestazione) [102] nel secondo trimestre di donne con COVID-19.

Baud e Greub hanno riportato la frequenza di infiltrati infiammatori, aumento della deposizione di fibrina intermittente e nodi sinciziali nella placenta di un paziente con obesità, SARS-CoV-2 è stato rilevato nei tamponi placentare di sottomembrana e cotiledone tramite RT-PCR [102].

In un terzo caso di gravidanza del secondo trimestre (22a settimana di gestazione) complicata da grave PE e distacco della placenta con l’interruzione della gravidanza, le sezioni hanno mostrato una deposizione diffusa di fibrina perivillo e un’invasione infiammatoria di macrofagi e T-linfociti T CD68 intermedi positivi (intervillositis istiocitica) [95].

È sempre più riconosciuto che l’interillosite cronica è associata a insufficienza placentare e scarso esito perinatale come limitazione della crescita intrauterina o morte fetale, in particolare nel primo trimestre [136].

È interessante notare che la fisiopatologia placentare della SARS-CoV-2 è simile a quella dei pazienti SARS-CoV, in uno studio che includeva sette donne nel secondo e nel terzo trimestre, tre placche avevano anche aumentato la deposizione di fibrina intervillo con ridotta perfusione placentare e due ha mostrato un’ampia vasculopatia trombotica fetale [137].

Per riassumere, le analisi patologiche delle sezioni della placenta dei pazienti COVID-19 presentano spesso un aumento della deposizione di fibrinoidi, un aumento dell’infiammazione o MVM inclusi i trombi, tutte indicazioni per una lesione della placenta che porta a disagio fetale con possibili effetti a lungo termine dannosi per i neonati. È interessante notare che è stata osservata anche un’enorme infiltrazione di macrofagi associata alla deposizione di fibrina nel tessuto polmonare di pazienti con COVID-19 grave [138].

Sono giustificati studi più completi al fine di esaminare la patologia della placenta con esito ostetrico e neonatale, specialmente durante la gravidanza del primo trimestre, in cui il virus può influenzare la funzione placentare e aumentare il rischio di aborto spontaneo.

Vie di difesa immunitaria generale della placenta umana

La placenta è una barriera immunologica chiave contro la trasmissione verticale di agenti patogeni dalla madre al feto [139,140], che può ridurre al minimo la possibilità che SARS-CoV-2 possa colonizzare la barriera STB e trasmettere al nascituro.

L’interfaccia materno-fetale, composta dalla decidua di origine materna e dalla placenta di origine fetale, è potente nell’immunomodulazione. Oltre alle cellule stromali, una parte notevolmente grande (~ 40%) della decidua è composta da leucociti materni e importante per la tolleranza materna [140].

Nel primo trimestre decidua basale, le cellule NK decidue (dNK) rappresentano la maggior parte delle cellule immunitarie (~ 70%), seguite dai macrofagi decidui (20-25%) e dalle cellule T, comprese le cellule T regolatorie (Treg) (3–10 %) [17.141]. I leucociti materni sono reclutati da gradienti di chemochine secreti da cellule stromali decidue e trofoblasti [142,143], e in genere differiscono nel fenotipo e nella funzione immunomodulante dalle loro controparti circolanti periferiche, come eccellentemente esaminato altrove [140.144].

Oltre alla decidua, le cellule della placenta di origine fetale contribuiscono anche alla difesa immunomodulatoria. Il nucleo dei villi placentari è arricchito con MSC [13] e sono direttamente collegati a vari tipi di cellule villi come le cellule di Hofbauer e le cellule endoteliali fetali che contribuiscono all’integrità cellulare villo e all’omeostasi delle vascolarizzazioni del sangue fetale.

Vi sono prove crescenti che vari tipi di MSC placentare hanno un ruolo di primo piano nella generazione di un microambiente funzionale che è fondamentale per una gravidanza di successo [145].

Le MSC Villous sono potenti per la differenziazione in lignaggi di cellule multiple responsabili di riparazione, rigenerazione, immunomodulazione e anti-infiammazione che riducono il danno ai tessuti, come fanno altre MSC [146].

Le cellule di Hofbauer, macrofagi viziosi della placenta, sono presenti durante la gravidanza [147]. Sebbene le popolazioni cellulari di Hofbauer siano antigenicamente e morfologicamente eterogenee, i loro profili epigenetici, antigenici e funzionali sono molto simili ai macrofagi M2 [148].

Coerentemente con un profilo simile a M2, queste cellule svolgono un ruolo importante nello sviluppo placentare, tra cui vasculogenesi / angiogenesi [147], nonché immunomodulazione e antinfiammazione [149].

La placenta può anche trasportare attivamente anticorpi protettivi verso il feto attraverso l’espressione dei recettori IgG FcRn neonatali e FcγRIII sulla superficie dell’STB [150]. Questo passaggio transplacentare dell’immunità umorale materna inizia alla settimana 16 della gestazione e aumenta nel corso della gravidanza, in modo che, a termine, il feto abbia una concentrazione sierica maggiore di IgG di origine materna rispetto alla madre [151].

Collettivamente, l’interfaccia materno-placentare con la sua unica distribuzione di cellule immunitarie fornisce una difesa immunitaria modulante con una diafonia cellulare intracomunitaria. È importante sottolineare che la distruzione della barriera sinciziale o decidua innesca una forte reazione innata di difesa dell’ospite contro i patogeni.

La placenta: vie di segnalazione molecolare cruciale contro i virus

La placenta ha sviluppato diversi meccanismi di prima linea per proteggere attivamente il feto dai patogeni e prevenire la trasmissione verticale: l’espressione dei recettori per il riconoscimento di schemi (PRR) come i TLR ben caratterizzati dai trofoblasti in varie fasi gestazionali (primo trimestre: vCTB ed EVT; termine: STB ed EVT), epitelio amniotico, cellule decidue e immunitarie che causano risposte diverse, tra cui l’attivazione della caspasi, la produzione di citochine e la risposta infiammatoria [152], o il rilascio di proteine ​​e peptidi antimicrobici attivi sulla membrana cationica nel liquido amniotico da parte della madre- membrane fetali (come riassunto in [153]).

I trofoblasti esprimono anche i recettori Nod-like a base citoplasmatica intracellulare (NLR) come seconda linea per il riconoscimento dei patogeni che innescano il rilascio di citochine [154].

L’STB, nonché le cellule dNK, i macrofagi e i linfociti situati nell’interfaccia materno-fetale formano una difesa forte e controllata contro i patogeni invasori. Tra i vari meccanismi di difesa immunitaria molecolare regolati sopra citati, tre vie molecolari sono particolarmente fondamentali: la segnalazione IFN di tipo III, i miRNA secreti che innescano l’autofagia e la via NF-κB.

La segnalazione IFN di tipo III nella difesa immunitaria

Uno dei principali prodotti a valle dei PRR, incluso il TLR, è la famiglia degli interferoni (IFN) [155]. Gli effetti antivirali degli IFN sono contro virus RNA, virus DNA, batteri intracellulari e parassiti [156]. Le superfici di barriera, compresa la placenta umana, usano la produzione di IFN come potente risposta antivirale [141].

Gli IFN iniziano una cascata di segnali attraverso il trasduttore del segnale della chinasi Janus e l’attivatore del percorso di trascrizione (JAK-STAT), portando alla regolazione trascrizionale di centinaia di geni regolati dall’IFN [156].

Gli IFN di tipo I più ampiamente studiati controllano sistematicamente l’infezione, mentre gli IFN di tipo III (IFN-λ) la regolano localmente sulle superfici di barriera [157]. La famiglia IFN di tipo III comprende IFN-λ1 (IL-29), IFN-λ2 (IL-28A) e IFN-λ3 (IL-29B) [158].

Nel 2013, l’IFN-λ4 è stato scoperto inducendo attività antivirale contro il virus dell’epatite C nelle cellule epatiche coltivate Huh7 e nel ceppo di coronavirus 229E (HCoV-229E) e MERS-CoV nella coltura cellulare epiteliale delle vie aeree umane [159].

Segnali IFN di tipo III attraverso un recettore eterodimero (IFNLR1 / IL10R2) [160]. Come parte della difesa innata del virus, i trofoblasti umani rilasciano in modo costitutivo IFN di tipo III funzionanti in modo paracrino e autocrino come noto dall’infezione da ZIKV [161].

Nei topi, gli IFN di tipo III proteggono dalle infezioni virali, i feti di media gestazione privi di segnalazione IFN-λ erano più permissivi per l’infezione da ZIKV, mentre l’iniezione di IFN-λ2 ricombinante ne ha limitato la trasmissione verticale [162].

In accordo con ciò, il mezzo proveniente da cellule primarie di trofoblasto umano isolate da placentas a tempo pieno è stato in grado di proteggere le cellule non trofoblasto dall’infezione da ZIKV attraverso il rilascio costitutivo di IFN-λ1, che è stato abolito nelle linee cellulari con via STAT1 difettosa [161] .

Il principale tipo di cellula responsabile del rilascio di IFN-λ è l’STB, che potrebbe fornire gli IFN direttamente nel sangue materno [157]. L’inibizione della fusione di vCTB riduce l’induzione dei geni regolati dall’IFN, mentre la sua stimolazione innesca la loro espressione [161].

Per riassumere, gli IFN di tipo III svolgono un ruolo importante nella difesa antivirale placentare, tuttavia, gli esatti target molecolari di questa via di segnalazione rimangono sfuggenti. È interessante notare che, dato che l’infezione da SARS-CoV-2 induce bassi livelli di IFN di tipo I e III [163], si discute del potenziale utilizzo di IFN come strategia di trattamento per COVID-19 o agonisti PRR sintetici per aumentare l’induzione della risposta di IFN attualmente sotto inchiesta [164].

MicroRNA trofoblastici e autofagia nella difesa immunitaria

Una diversa strategia di difesa è attribuita al fatto che i trofoblasti della placenta producono e rilasciano esosomi [165], vescicole di membrana extracellulari di origine endocitica che mediano la comunicazione o facilitano la presentazione dell’antigene [166].

È interessante notare che l’STB derivava dal termine umano primario placenta secernono microRNA (miRNA) racchiusi in vescicole, come il cromosoma 19 miRNA cluster (C19MC), che limitano le infezioni virali nei modi autocrini e paracrini [139,140,167].

È importante sottolineare che le proprietà antivirali di C19MC non dipendono dalla segnalazione IFN di tipo III [161]. Delorme-Axford et al. ha osservato un’inibizione della replicazione virale e una pronunciata sovraregolazione dell’autofagia in cellule esposte a mezzo condizionato di trofoblasti primari umani conferendo questa resistenza alle cellule riceventi non placentare, possibile a causa dei miRNA C19MC ricchi di esosoma [139].

Gli studi con cellule BeWo che rilasciavano miR517a e miR21 imballati in esosomi hanno rivelato che l’STB è il principale fornitore di miRNA rilasciati [168]. Almeno tre membri della famiglia C19MC (miR517-3p, miR516b-5p, miR512-3p) mostrano questi potenti effetti antivirali contro i virus RNA e DNA e inducono fortemente l’autofagia, che è coinvolta nella resistenza virale delle cellule riceventi [139] .

L’autofagia, un meccanismo di eliminazione degradativa conservato evolutivo, partecipa alla difesa dell’ospite antivirale prendendo di mira i virus citoplasmatici per la degradazione lisosomiale, limitando la replicazione virale e / o interagendo con i componenti immunitari innati, come i TLR [169,170].

L’autofagia è coinvolta nella limitazione dei segnali di infiammazione in seguito all’invasione del virus [171]. In generale, i livelli basali di autofagia sono bassi e stimolati dallo stress cellulare o dall’infezione da virus [172] tramite PRR [173].

È interessante notare che i trofoblasti della placenta, che sono altamente resistenti alle infezioni virali e presentano alti livelli di autofagia a riposo, rilasciano esosomi contenenti miRNA C19MC [38,139,167].

Questi esosomi consegnano il loro carico di miRNA alle cellule materne, fetali o placentare per alterare l’espressione genica, culminando nell’induzione autofagica e, successivamente, nella degradazione del virus [38,139,167].

È importante sottolineare che l’inibizione dell’autofagia con 3-metilladenina, un inibitore della biogenesi dell’autofagosoma, o l’inibizione mediata dal siRNA del beclin-1, un regolatore chiave nella rete autofagica [174], ha abrogato gli effetti antivirali della C19MC [5.139].

In particolare, altri hanno dimostrato un coinvolgimento di C19MC nella comunicazione cellula-cellula tra placenta e cellule immunitarie, poiché è sovraregolato nelle cellule NK del sangue periferico materno del terzo trimestre rispetto al primo trimestre [150].

Insieme, questo percorso può costituire un potente adattamento evolutivo che limita l’invasione del virus e mantiene l’integrità dei trofoblasti mediante attività antivirale trasferibile. Recentemente è stato proposto l’uso di miRNA costruiti in vitro come bersaglio terapeutico o vaccino contro SARS-CoV-2 [175]. I meccanismi precisi sono sconosciuti e necessitano di ulteriori indagini.

Il sentiero del fattore nucleare Kappa B (NF-κB) nella difesa immunitaria

All’infezione virale della cellula ospite, l’induzione delle cascate di segnalazione porta a risposte antivirali che sono mediate dagli IFN di tipo I e dalla via NF-κB [176]. NF-κB è un fattore di trascrizione chiave che attiva numerosi geni coinvolti nella risposta immunitaria cellulare, nell’infiammazione e nello stress ossidativo [177,178].

Di importanza, la via NF-κB è anche implicata nello sviluppo placentare [179]. NF-κB avvia la produzione e la secrezione di citochine, incluso il TNFα, che non solo provoca cascate pro-infiammatorie, ma funge anche da ligando stesso per aumentare l’attività di NF-κB [180,181].

È interessante notare che molti studi hanno dimostrato che NF-κB svolge un ruolo importante nella patogenesi delle malattie polmonari [182] e delle malattie legate alla gravidanza [179].

Ancora più importante, il trattamento con farmaci che inibivano l’attivazione di NF-κB ha portato a una riduzione dell’infiammazione e della patologia polmonare negli esperimenti di coltura cellulare e nei topi con infezione da SARS-CoV e un aumento significativo del tasso di sopravvivenza dei topi dopo l’infezione da SARS-CoV [183,184] .

Dato che l’infiammazione è un componente importante delle gravidanze normali [179], mentre il primo e il terzo trimestre sono descritti come pro-infiammatori, il secondo trimestre è considerato anti-infiammatorio [185], la regolazione della via NF-κB è importante per una risposta immunitaria controllata.

LINK DI RIFERIMENTO: https://www.mdpi.com/2073-4409/9/8/1777/pdf


Ulteriori informazioni:  Bailey AT Weatherbee et al, espressione del recettore SARS-CoV-2 ACE2 e la proteasi TMPRSS2 suggeriscono la suscettibilità dell’embrione umano nel primo trimestre,  Open Biology  (2020). DOI: 10.1098 / rsob.200162

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