Inmunidad frente a SARS-CoV-2: caminando hacia la vacunación

ABSTRACT

The coronavirus are a wide group of viruses among that the SARS-CoV-2 is included (family Coronaviridae, subfamily Coronavirinae, genus Betacoronavirus and subgenus Sarbeco-virus). Its main structural proteins are the membrane (M), the envelope (E), the nucleocapsid (N) and spike (S). The immune response to SARS-CoV-2 involves the cellular and the humoral sides, with neutralizing antibodies fundamentally directed against the S antigen. Although the seroprevalence data are frequently assumed as protection markers, no necessarily they are. In Spain, it is estimated that, to assure the herd immunity, at least four-fifths of the population should be immunoprotected. Due the high fatality rate of COVID-19, the acquisition of the protection only by the natural infection it not assumable and other measures as the mass immunization are required. Currently, there are several vaccine prototypes (including life virus, viral vectors, peptides and proteins and nucleic acid) in different phase of clinical evaluation. Foreseeably, some of these news vaccines would be son commercially available. In this text, aspects related to these issues are reviewed.

INTRODUCCIÓN

La pandemia de COVID-19 ha supuesto un gran desastre sanitario y social que ha alterado drásticamente la forma vida de personas de todo el mundo. La mitigación de sus consecuencias reside, muy especialmente, en una prevención que resulte eficaz y pueda ser extensiva a gran parte de la población. Este documento se centra en aspectos que conciernen a la inmunidad, sero-protección y desarrollo de nuevas vacunas en fase de preparación frente al virus causante de esta enfermedad.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CORONAVIRUS Y SARS-COV-2

Los coronavirus (CoVs) son un amplio grupo de virus ARN pertenecientes al orden Nidovirales que alberga a las familias Arteriviridae, Mesoniviridae, Roniviridae y Coronaviridae. Esta última se divide en las subfamilias Torovirinae y Coronavirinae. La subfamilia Coronavirinae incluye los géneros Alphacorona-virus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus y Deltacoronavirus [1]. El género Betacoronavirus pose los subgéneros Embeco-virus, Hibecovirus, Merbecovirus, Nobecovirus y Sarbecovirus [2]. A este último pertenece el SARS-CoV-2 [3]. El acrónimo SARS-CoV-2 hace referencia al virus (por los términos en inglés “severe acute respiratory syndrome-related coronavirus”) responsable de la enfermedad denominada COVID-19 (“coronavirus disease” 2019).

Las principales proteínas estructurales de los coronavirus son la de membrana (M), la de envoltura (E), la nucleocápside (N) que liga el ARN y conforma la cápside y la espicular “spike protein” (S) [1]. En una porción de Betacoronavirus existe una quinta proteína estructural compuesta por la hemaglutininaesterasa (HE) [1]. La proteína S es superficial, con forma de hongo, se une a la célula del huésped mediando la entrada del virus. Está compuesta por las subunidades S1 (que favorece la adhesión) y S2 (responsable de la fusión a la membrana) [4]. El dominio receptor de unión “receptor binding domain” (RBD) es la fracción de la subunidad S1 que se une a la enzima convertidora de angiotensina 2 “angiotensin-converting enzyme” 2 (ACE2) de la célula hospedadora [4, 5]. SARS-CoV-2 emplea esta enzima y la serina-proteasa TMPRSS2 para su penetración [6]. De esta forma, la proteína S podría ser una diana en la inhibición del acceso celular del virus [7].

RESPUESTA INMUNE FRENTE A CORONAVIRUS

En la inmunidad protectora frente a SARS-CoV-2 inter-vienen tanto la respuesta inmune innata como la adaptativa, en sus vertientes humoral y celular [8]. La respuesta frente a SARS-CoV-2 depende de la especificidad antigénica. Los principales antígenos del virus que exhiben capacidad neutralizante son el dominio N-terminal “N-terminal domain” (NTD) y el RBD de S1 y la S2 [9]. La respuesta generada por los linfocitos B frente a los coronavirus es protectora, pero de corta duración y orientada primariamente a la cepa homóloga [10]. Por otro lado, si bien la respuesta inmune es esencial para aclarar el virus, también contribuye a la progresión de la enfermedad [8]. En algunos pacientes, el sistema inmune no puede controlar el virus en la fase aguda, y tras una o dos semanas desde el inicio de los síntomas, se desarrolla daño pulmonar severo con “distrés” respiratorio (SDRA) que conlleva una alta mortalidad [11]. La progresión hacia SDRA está relacionada con una hiper-activación inmune, que se ha denominado síndrome de activación macrofágica y tormenta de citoquinas, en la que produce una liberación excesiva e incontrolada de mediadores pro-inflamatorios con un incremento de marcadores de activación de macrófagos. Los principales cambios inmunopato-lógicos en COVID-19 incluyen linfopenia T (la caída de CD8+ es signo de mal pronóstico), desequilibrio de citoquinas, alteraciones Th1, eosinopenia y fluctuación de reactantes de fase aguda (con elevación de proteína C reactiva, procalcitonina e interleuquina 6) [12]. Estos cambios pueden desembocar en un fracaso multiorgánico.

SEROREPREVALENCIA

La tasa de seroconvesión de IgM y especialmente de IgG en la COVID-19 es alta. En el caso del SARS-CoV (predecesor de SARS-CoV-2) la duración de IgM e IgA es de aproximadamente 6 meses. La IgG alcanza su pico a los cuatro meses y declina tras un año [10]. Los linfocitos T de memoria representarían un marcador correlacionado de protección que persiste hasta 6 años tras la infección [10]. Una potente reactividad celular T se relaciona con elevada producción de anticuerpos neutralizantes [13]. El empleo de distintos métodos de inmunodiagnóstico permite determinar la existencia de anticuerpos específicos contra SARS-CoV-2. La prevalencia de anticuerpos séricos frente a otros coronavirus humanos causantes de infecciones respiratorias leves y autolimitadas (como los Alpha-coronavirus HCoV-229E y HCoV-NL63 y los Betacoronavirus HCoV-OC43 y HCoV-HKU1 es elevada [1, 14]. Sin embargo, la reactividad cruzada tras la infección por un tipo de coronavirus distinto a SARS-CoV-2 (como el previo SARS CoV) parece ser limitada e incapaz de asegurar la total protección [15]. Se ha sugerido un posible reconocimiento antigénico cruzado por linfocitos T CD4+, a partir de coronavirus del resfriado común, en individuos no expuestos a SARS-CoV-2 que va dirigido mayoritariamente frente a la proteína S (pero en el que participarían también otros antígenos estructurales como M y N) [16]. Según los datos de estudios de seroprevalencia a gran escala emprendidos en nuestro país, la tasa de exposición a SARSCoV-2 en la población general puede situarse próxima al 5% [17]. Esta cifra es más elevada en grupos de alta incidencia como los sanitarios [18]. No obstante, esta seroprevalencia no indica necesariamente protección. El procedimiento serológico definitivo para confirmar la presencia de anticuerpos protectores es el empleo de métodos de neutralización [19, 20]. El suero de personas convalecientes proporciona reactividad neutralizante cruzada frente al virus [6]. Esta reactividad hace referencia a la capacidad de los anticuerpos de evitar la infección por el virus. Para su realización se requiere enfrentar el suero con cultivos celulares del virus y determinar la inhibición del efecto citopático [21, 22]. Se desconoce el título de anticuerpos neutralizantes que confiere con certeza protección frente a SARSCoV-2 [23]. Por motivos de bioseguridad, en lugar de emplear cepas salvajes de SARS-CoV-2 existen modelos que incorporan pseudovirus (partículas víricas desarrolladas in vitro que albergan un genoma modificado y expresan determinados antígenos como la proteína S) [24]. No todos los anticuerpos generados frente a los coronavirus poseen funcionalidad. Los anticuerpos neutralizantes IgG son secretados por linfocitos B tras la infección [25] y bloquean la entrada celular del virus y previniendo la reinfección. En la práctica, la puesta en marcha de estudios de neutralización en muestras con un elevado número de participantes no es técnicamente viable. En estudios poblacionales amplios se pueden realizar con inmunoensayos que incorporan antígenos purificados y definidos de SARSCoV-2. El tipo de antígeno empleado condiciona si el test sólo revela exposición previa frente al virus (ejemplo anticuerpos frente a al antígeno N) [26], o respuesta potencialmente defensiva (anticuerpos frente al antígeno RBD de la proteína S) [19]. Aunque los métodos serológicos dirigidos frente al antígeno S podrían usarse en el trabajo de campo para la ejecución de estudios poblacionales encaminados a la evaluación indi-recta de protección [27], teniendo en mente que la inmunidad celular ofrece una defensa más persistente para prevenir la COVID-19, la utilización de ensayos para la detección específica de repuesta de células T gamma interferón constituye una alternativa diagnóstica muy atractiva [23, 28]. En la actualidad ya se dispone de procedimientos comerciales, destinados a determinar la respuesta de células T frente a SARS-CoV-2, que se basan en tecnologías previamente aplicadas (T-SPOT) en otras infecciones como tuberculosis.

INMUNIDAD DE GRUPO

Aunque los datos de seroprevalencia se asumen muy frecuentemente como marcadores de protección, no necesariamente lo son. El término inmunidad de grupo (o de rebaño) hace referencia a la protección que ejercen los individuos inmunes (con anticuerpos neutralizantes y/o respuesta celular defensiva eficiente adquiridos por la exposición natural o por una potencial vacunación) sobre los susceptibles al dificultar la transmisión de la infección. En el caso de la COVID-19, el nivel requerido en base a la infectividad del virus se ha estimado generalmente en torno al 70% [29]. En esta asunción intervienen conceptos como el número reproductivo básico (R₀), definido por los casos secundarios generados a partir de un sujeto infectado en una población completamente susceptible, y el número reproductivo efectivo (R_t), más adaptado a las condiciones reales, y que indica los casos secundarios a lo largo del avance de la epidemia (en la que se irán incrementando los individuos inmunes tras la infección) [30]. Este R_t permite calcular el nivel crítico mínimo de inmunidad poblacional adquirido (P_crit) empleando la fórmula P_crit= 1-(1/R_t) y determinando el P_critx100 que oscila en diferentes entornos entre el 30,1% y el 85,0% [30]. Las diferencias en comportamientos culturales, densidades de población, estructura demográfica, edad y asociación con comorbilidades influyen en la trasmisión y severidad de la pandemia [29]. En España para un R_t provisional del 5,17% el Pcritx100 estimado es del 80,7% [30] (es decir al menos cuatro quintas partes de la población deberían estar inmunoprotegidas). La incidencia post-pandémica de COVID-19 durante los próximos años dependerá de forma importante de la duración de la inmunidad generada por la infección [31]. Dada la alta tasa de letalidad por COVID-19 la adquisición de un P_crit suficientemente elevado solamente mediante el contagio natural no es asumible y se debe abogar por medidas como la inmunización masiva [29, 32]. Hasta que se disponga de programas de inmunización con vacunas seguras y eficaces que confieran inmunidad de grupo es preciso mantener los programas de protección de grupos vulnerables y retomar, en su caso, actuaciones de aislamiento y distanciamiento social, en especial ante la eventual emergencia de re-brotes.

INMUNIZACIÓN

Entre las características esenciales de las vacunas habría que mencionar su seguridad (reducida posibilidad de aparición de efectos adversos y reacciones indeseables) y su eficacia (beneficios derivados de su aplicación por su capacidad protectora). En el desarrollo clínico de nuevas vacunas se suceden cuatro fases de evaluación [33]. La fase 1, que es experimental, se ejecuta en pocos sujetos sanos y examina básicamente la reactogenicidad más evidente. La fase 2, en ensayos clínicos controlados, se amplía a cientos de voluntarios y monitoriza la inmunogenicidad y la aparición de efectos adversos comunes. La fase 3 está destinada a determinar la eficacia y seguridad sobre eventos adversos más raros en grupos de cientos a miles de personas (puede abarcar estudios controlados y no controlados). La fase 4 se amplía a grandes grupos de población (incluidos grupos vulnerables o de riesgo) para valorar la incidencia a largo plazo de reacciones indeseadas. A pesar de la urgencia derivada por la actual pandemia, la necesidad del cumplimiento secuencial de estas fases ralentiza la disponibilidad de nuevas vacunas. No obstante, los logros alcanzados tan brevemente (sólo unos meses tras el descubrimiento del virus) hacia la vacunación de la COVID-19 no son comparables a los de ninguna otra enfermedad infecciosa previa. Existen dos aproximaciones de inmunización: la pasiva y la activa. La inmunización pasiva tiene versiones tanto profilácticas como terapéuticas y puede efectuarse mediante transferencia de inmunoglobulinas (por ejemplo, con plasma de sujetos convalecientes, suero hiper-imnmune o anticuerpos neutralizantes monoclonales). Sin embargo, cuando se piensa en vacunación, en general se hace referencia realmente a la inmunización activa, a través de la inducción de una respuesta en el huésped por estimulación antigénica. En esta última estrategia es en la que nos centraremos a continuación. Idealmente las vacunas frente a SARS-CoV-2 deberían estimular tanto la inmunidad celular como la humoral. Tras la vacunación, la respuesta específica de células de T parece adelantarse al menos una semana respecto a la humoral [34]. La tecnología implementada en las vacunas frente a SARS-CoV-2 es diversa e incluye virus vivos enteros atenuados e inactivados, vectores virológicos (replicativos y no replicativos que expresen un antígeno relevante), partículas similares a virus, péptidos, proteínas recombinantes, células presentadoras de antígeno y ácidos nucleicos (ADN y ARN) [35-37]. Las vacunas de ácidos nucleicos constituyen la alternativa de inmunización más novedosa y se sustentan en la transferencia genética para la síntesis endógena de proteínas del virus por las células del receptor sin una estimulación antigénica directa. A fecha 31 de julio de 2020 la OMS [38] recopiló un registro de 165 vacunas en investigación. Ciento treinta y nueve de ellas estaban en fase preclínica y 26 se encontraban ya sujetas a evaluación clínica (5 en fase 3, 2 en fase 2, 10 en fase 1,2 y 9 en fase 1). De estas 165 vacunas la distribución según tipo se muestra en la tabla 1. En la tabla 2 se presentan varios ejemplos de vacunas frente a SARS-CoV-2 según sus bases metodológicas y etapas de valoración clínica. Las aproximaciones más frecuentes son las que implican subunidades proteicas, vectores víricos replicativos y ácidos nucleicos. Las vacunas clásicas con virus atenuados han sido menos investigadas por sus potenciales riesgos asociados. En las vacunas que emplean vectores, como adenovirus, aunque la respuesta inmune es dosis dependiente [39], la aparición de reacciones adversas es mayor al aumentar la carga viral [40]. En las vacunas de ácidos nucleicos las reacciones adversas también se incrementan en relación con la dosis [41]. En España, existen grupos punteros de investigación, con líneas de inmunización frente al virus de inmunodeficiencia humana [42, 43] y vectores vacunales para otros virus (como Zika) [44] y con modelos de coronavirus basados en sistemas genéticos de síntesis de ARN [45] con interacción con el huésped para dar lugar a respuestas protectoras [46]. Esto ha permitido plantear varias vacunas que se encuentran en fase pre-clínica, como las de vectores víricos no replicativos MVA-S (deI Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer [IDIBAPS] del Hospital Clinic de Barcelona) y la MVA con expresión de proteínas estructurales (del Centro Nacional de Biotecnología del Centro Superior de Investigaciones Científicas [CNB-CSIC]) y de ácidos nucleicos como la de ARNm (deI DIBAPS) y de ARN derivado de virus SARS-CoV-2 defectivo (del CNB-CSIC) [38]. A nivel mundial, las vacunas que han alcanzado actualmente la etapa final de pruebas en humanos (antes de ser aprobadas para el uso público) son las inactivadas (de Sinovac, Wuhan Institute of Biological Products/Sinopharm, Beijing Institute of Biological Products/Sinopharm), las de ARN (de Moderna/ NIAID y de BioNTech/Fosun Pharma/Pfizer) y la de vectores víricos no replicativos (de Oxford/AstraZeneca) [38]. Se espera que alguna de ellas pueda estar disponible este mismo año o comienzos del próximo.

Tabla 1.

Distribución, según la metodología empleada para su diseño, de las vacunas candidatas frente a SARS-CoV-2 en el registro de la OMS de fecha 31 de julio de 2020 [38].

Tipo de vacuna	Evaluación clínica	Evaluación pre-clínica	En cualquier evaluación
Subunidades proteicas	7 (4,2%)	50 (30,3%)	57 (34,5%)
Vectores víricos no replicativos	4 (2,4%)	20 (12,1%)	24 (14,5%)
ARN	6 (3,6%)	16 (9,7%)	22 13,3 (%)
Vectores víricos replicativos	0 (0%)	18 (10,9%)	18 (10,9%)
ADN	4 (2,4%)	11 (6,7%)	15 (9,1%)
Vacunas inactivadas	4 (2,4%)	9 (5,5%)	13 (7,9%)
Partículas similares a virus	1 (0,6%)	12 (7,3%)	13 (7,9%)
Vacunas vivas atenuadas	0 (0%)	3 (1,8%)	3 (1,8%)
Total	26 (15,8%)	139 (84,2%)	165 (100%)

Tabla 2.

Vacunas frente a SARS-CoV-2 de acuerdo con sus características y fase de evaluación clínica [37, 38].

Tipo de vacuna	Ventajas	Inconvenientes	Ejemplo Vacunas de este tipo en Fase 3a	Ejemplo Vacunas de este tipo en Fase 2a	Ejemplo Vacunas de este tipo en Fase1/2 o Fase 1a
Subunidades proteicas	No incluye material infeccioso Intensa repuesta humoral	Precisa co-adyuvantes		Anhui Zhifei Longcom Biopharmaceutical/Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences	Novavax Kentucky Bioprocessing, Inc Clover Biopharmaceuticals Inc./GSK/Dynavax Vaxine Pty Ltd/Medytox University of Queensland/CSL/Seqirus Medigen Vaccine Biologics Corporation/NIAID/Dynavax
Vectores víricos no replicativos	Experiencia en el campo de terapia genética Intensa repuesta humoral Intensa repuesta celular	Riesgo de integración cromosómica y oncogénesis Posibilidad de anticuerpos pre-existentes frente al vector Potencial inflamatorio	University of Oxford/AstraZeneca (ChAdOx1-S)	CanSino Biological Inc./Beijing Institute of Biotechnology	Janssen Pharmaceutical Companies Gamaleya Research Institute
ARN	No incluye material infeccioso No potencial de mutagénesis Diseño y producción rápidos Intensa repuesta humoral Intensa repuesta celular Posibilidad de formulación multivalente	Escasa experiencia Posibles reacciones inflamatorias Suele precisar “booster”	Moderna/NIAID BioNTech/Fosun Pharma/Pfizer		Arcturus/Duke-NUS Imperial College London Curevac People’s Liberation Army (PLA) Academy of Military Sciences/Walvax Biotech
Vectores víricos replicativos	Experiencia en el campo de terapia genética Intensa repuesta de anticuerpos Intensa repuesta celular	Riesgo de integración cromosómica y oncogénesis Posibilidad de anticuerpos pre-existentes frente al vector Potencial inflamatorio			Por el momento no hay vacunas de este tipo en fase de evaluación clínica
ADN	No incluye material infeccioso Posibilidad de uso en inmunocomprometidos Diseño y producción rápidos Estabilidad prolongada Posibilidad de formulación multivalente	Escasa experiencia Inmunidad de mucosas variable Riesgo de integración cromosómica			Inovio Pharmaceuticals/ International Vaccine Institute Osaka University/ AnGes/ Takara Bio Cadila Healthcare Limited Genexine Consortium
Vacunas inactivadas	Tecnología conocida Fuerte respuesta inmune Multivalencia Formulación simple No precisa co-adyuvantes	Requerimientos de bioseguridad Dificultad de fabricación	Sinovac Wuhan Institute of Biological Products/Sinopharm Beijing Institute of Biological Products/Sinopharm		Institute of Medical Biology, Chinese Academy of Medical Sciences Bharat Biotech
Partículas similares a virus	No incluye material infeccioso Intensa repuesta humoral				Medicago Inc
Vacunas vivas atenuadas	Tecnología conocida Fuerte respuesta inmune Multivalencia Formulación simple No precisa co-adyuvantes Producción económica	Requerimientos de bioseguridad Riesgo de recuperación de la virulencia Dificultad de fabricación			Por el momento no hay vacunas de este tipo en fase de evaluación clínica

^aRegistro de la OMS (a fecha 31 de julio de 2020) de vacunas candidatas frente a SARS-CoV-2

En conclusión, los avances en el conocimiento de los determinantes antigénicos de SARS-CoV-2 y de su correspondiente respuesta inmune abren horizontes optimistas sobre las actuales perspectivas de vacunación y plantean un futuro cada vez más concreto para la atenuación, y en el mejor de los casos resolución, de la crisis sanitaria que estamos sufriendo. Las nuevas vacunas deberían cumplir con los requisitos deseables de accesibilidad económica y equidad socio-sanitaria que permitan idealmente su disponibilidad universal.

CONFLICTO DE INTERESES

Los autores declaran no tener conflictos de intereses que puedan influir en lo expresado en este texto.