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¿Cuál es la ventaja de tener múltiples vías para activar el complemento?

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Todos sabemos que hay tres vías para activar el complemento: vía clásica, vía de lectina y vía alternativa. ¿Cuál es la ventaja de tener múltiples vías?


Aunque el evento iniciador de cada una de las tres vías de activación del Complemento (Clásica, lectina y alternativa) es diferente, convergen en que todas ellas pueden cooperar tanto con el sistema inmunológico innato como con el adaptativo para eliminar patógenos sanguíneos y tisulares.

Creo que la principal ventaja es que cuando un individuo tiene una deficiencia en un componente del complemento de estas vías, las otras pueden funcionar para eliminar antígenos o inmunógenos peligrosos. Sin embargo, si esta deficiencia del componente del complemento está presente en dos vías, los pacientes pueden tener la manifestación clínica más grave, sufriendo frecuentes infecciones bacterianas graves.

Además, estas tres vías pueden funcionar juntas para llevar a cabo una serie de funciones básicas que incluyen:

Lisis de células, bacterias y virus.

Opsonización, que promueve la fagocitosis de antígenos particulados.

Unión a un receptor del complemento específico en la célula del sistema inmunológico, lo que desencadena la activación de respuestas inmunitarias como la inflamación y la secreción de moléculas inmunorreguladoras que simplemente alteran o alteran las respuestas inmunitarias específicas.

Aclaramiento inmunológico, que elimina los complejos inmunes de la circulación y los deposita en el bazo y el hígado.


Puede haber muchas razones para esto, pero generalmente la redundancia en los sistemas biológicos es muy importante porque hace que el sistema sea más robusto. Si una vía falla, debido a una mutación o algunos factores ambientales, las otras pueden compensar y la función de la vía permanece. En algunos casos, también se puede utilizar para ajustar el grado de actividad o la velocidad de activación.

Artículo sobre redundancia de vías


La cascada del complemento se reconoció por primera vez como un sistema efector aguas abajo de la citotoxicidad mediada por anticuerpos. De acuerdo con este punto de vista, se descubrió en la década de 1960 que el complemento se activa en los glomérulos de pacientes con glomerulonefritis por complejos inmunes. Más recientemente, la investigación ha demostrado que el sistema del complemento tiene muchas funciones adicionales relacionadas con la regulación de la respuesta inmune, la homeostasis y el metabolismo. También ha quedado claro que el sistema del complemento es importante para la patogénesis de muchas enfermedades renales no mediadas por complejos inmunes. De hecho, en el síndrome urémico hemolítico atípico y la glomerulopatía C3, la activación incontrolada del complemento es el principal impulsor de la enfermedad. La activación del complemento genera múltiples fragmentos proinflamatorios y, si no se controla adecuadamente, puede causar una lesión tisular fulminante. Además, los mecanismos de activación del complemento y la lesión mediada por el complemento varían de una enfermedad a otra. Muchos fármacos nuevos que se dirigen a la cascada del complemento se encuentran en desarrollo clínico, por lo que es importante comprender completamente la biología del sistema del complemento y su función en la enfermedad.

Divulgación financiera: la investigación del autor está respaldada por las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud DK113586 y DK076690. El autor recibe regalías de Alexion Pharmaceuticals, Inc. También es consultor de AdMIRx, Inc., una empresa que desarrolla inhibidores del complemento. Posee acciones y recibirá ingresos por regalías de AdMIRx.


Complemento C3 Convertase

El complemento es un poderoso sistema de defensa del huésped que contribuye a la inmunidad tanto innata como adquirida. Hay tres vías de activación del complemento, la vía clásica, la vía de la lectina y la vía alternativa. Cada uno genera una convertasa C3, una serina proteasa que escinde la proteína del complemento central, C3. La convertasa C3 se puede utilizar para hacer referencia a la forma producida en la vía alternativa (C3bBb) o en las vías clásica y de lectina (C4bC2a). Una vez formadas, ambas C3 convertasas catalizarán la escisión proteolítica de C3 en C3a y C3b (de ahí el nombre C3-convertasa). Casi todas las consecuencias biológicas del complemento dependen de los productos de escisión resultantes.

C3 Convertasa de vía alternativa

C3b, Bb es la convertasa C3 (EC 3.4.21.43) de la vía alternativa del complemento. La enzima C3 es responsable de la amplificación de la activación de la vía y del depósito en las células diana de C3b y el complejo de ataque a la membrana. Está controlado por las proteínas séricas Factor H, Factor I (EC 3.4.21.45) y Propiadina. La formación de C3 convertasa requiere C3b, Factor B, Factor D (EC 3.4.21.46) y Mg2 +. Después de la formación del complejo bimolecular reversible C3b, B (Mg), el factor D escinde el factor B, libera el fragmento de activación Ba y genera la enzima activa C3b, Bb, que tiene un peso molecular calculado de 239.000 (C3b, M, = 176.000 Bb, M = 63.000). La enzima C3 es una serina proteasa cuyo sitio catalítico reside en la subunidad Bb. Es inherentemente lábil y la disociación espontánea de sus subunidades da como resultado una pérdida irreversible de actividad enzimática. Debido a esta labilidad, los intentos anteriores de demostrar directamente esta enzima mediante ultracentrifugación, electroforesis o cromatografía de tamiz molecular han fracasado. Dado que la disociación por desintegración espontánea de C3b, Bb no es acelerada por EDTA, era incierto si el ión metálico requerido para la formación de la enzima permanecía asociado con la convertasa C3 activa. Se ha encontrado que Ni2 + puede reemplazar al Mg en la formación de C3b, Bb y que la enzima formada con Ni (CSb, Bb (Ni)) es de 6 a 10 veces más estable que la formada con Mg (C3b, Bb (Mg)). Utilizando Ni y su radioisótopo 63Ni, fue posible en el presente estudio demostrar el complejo C3b, Bb activo mediante ultracentrifugación y detectar el ion metálico en el complejo.

La regulación de la fase de amplificación de la vía alternativa es ejercida por múltiples mecanismos: (i) desintegración intrínseca de la convertasa C3, (ii) estabilización de esta enzima por la propidina, (iii) desensamblaje de esta enzima por la glicoproteína sérica, β1H, (iv) ) inactivación de C3b por el inactivador de CMb (C3bINA) y β1H, y (v) protección de C3 convertasa de la acción de estas proteínas de control proporcionada por las propiedades superficiales de ciertas células y otros activadores de la ruta alternativa.

Convertasa C3 de la vía clásica

La ruta clásica del complemento se inicia mediante la interacción de complejos antígeno-anticuerpo con el primer componente del complemento, C1. El C1 unido desarrolla actividad proteolítica (C1) que es responsable de la activación de C4 y C2 y de la formación de un complejo activo enzimático (C4b2a o C42), la C3 convertasa, que media la escisión de C3 en C3a y C3b. La enzima C42 es lábil debido a la desintegración de C2 (C2a), pero puede regenerarse en el C4 residual (C4b) mediante la absorción de C2 adicional y su escisión por C1.
La progresión ordenada de la vía clásica está modulada, en parte, por esta inestabilidad de la enzima C42. Los investigadores encontraron un control previamente no reconocido de la convertasa C3 clásica por una proteína sérica normal, la proteína de unión C4 (C4-bp). Esta proteína sirve como cofactor para el inactivador de la enzima C3b (C3bINA / CFI) en la degradación adicional de C4b en fase fluida y, en menor grado, C3b. Los experimentos descritos aquí demuestran que C4-bp actúa como modulador de la enzima C42, acelerando la desintegración de C2a. Además, muestran que C4-bp participa, junto con C3bINA, en la inactivación del C4b hemolíticamente activo unido a la membrana eritrocitaria, evitando así la regeneración de la vía clásica convertasa.

Vía de la convertasa C3 de la lectina

Las rutas clásicas y de lectina del complemento son los principales sistemas de reconocimiento de la inmunidad innata que se encuentran en mamíferos y otras especies animales. Por medio de varias proteasas multimoleculares, cada una de las cuales comprende una proteína de reconocimiento y un componente de proteasa, se detectan patógenos y otras dianas y de ese modo se desencadenan reacciones proteolíticas. La ruta clásica es iniciada por C1, un complejo de la molécula de reconocimiento C1q y dos enzimas asociadas, C1r y C1s, mientras que la ruta de lectina es iniciada por moléculas de reconocimiento de carbohidratos (lectina de unión a manano (MBL) o una de las tres ficolinas o colectina -LK) en complejo con otro conjunto de enzimas, serina proteasas asociadas a MBL (MASP). Ambas vías convergen para la formación de C3 convertasa, una proteasa compleja que escinde C3, el componente central del sistema del complemento. La escisión proteolítica de C3 genera una serie de fragmentos y provoca varios mecanismos efectores, que incluyen inflamación y fagocitosis. Estos mecanismos contribuyen a la eliminación de microorganismos patógenos y células huésped alteradas de la sangre y los tejidos y modulan la respuesta inmune adaptativa.


COVID-19, microangiopatía, activación hemostática y complemento

3 Departamento de Medicina, Facultad de Medicina Perelman, Universidad de Pensilvania, Filadelfia, Pensilvania, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Wen-Chao Song, Perelman School of Medicine, 421 Curie Boulevard, Room 1254 BRBII / III, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104, EE. UU. Teléfono: 215.573.6641 Correo electrónico: [email protected] O a: Garret A. FitzGerald, Institute for Translational Medicine and Therapeutics, Smilow Center for Translational Research, West Pavilion, 10th Floor, Room 116, 3400 Civic Center Boulevard, Building 421, Philadelphia, Pennsylvania 19104-5158, EE. UU. Teléfono: 215.898.1185 Correo electrónico: [email protected]

1 Departamento de Farmacología de Sistemas y Terapéutica Traslacional,

2 Instituto de Medicina y Terapéutica Traslacional, y

3 Departamento de Medicina, Facultad de Medicina Perelman, Universidad de Pensilvania, Filadelfia, Pensilvania, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Wen-Chao Song, Perelman School of Medicine, 421 Curie Boulevard, Room 1254 BRBII / III, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104, EE. UU. Teléfono: 215.573.6641 Correo electrónico: [email protected] O a: Garret A. FitzGerald, Institute for Translational Medicine and Therapeutics, Smilow Center for Translational Research, West Pavilion, 10th Floor, Room 116, 3400 Civic Center Boulevard, Building 421, Philadelphia, Pennsylvania 19104-5158, EE. UU. Teléfono: 215.898.1185 Correo electrónico: [email protected]

Encuentre artículos de FitzGerald, G. en: JCI | PubMed | Google Académico

La pandemia COVID-19 causada por el virus SARS-CoV-2 se ha extendido por todo el mundo con devastadoras consecuencias para la sociedad y ha ejercido una enorme presión sobre los sistemas de atención médica. Aunque la enfermedad respiratoria grave es una característica dominante, los accidentes cerebrovasculares, la trombosis venosa, la insuficiencia renal, la miocardiopatía y la vasculitis coronaria y sistémica han complicado el fenotipo clínico (1 - 5). De hecho, además de las características típicas del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), los pacientes con COVID-19 presentan una lesión necrotizante trombótica de los capilares pulmonares (6). Este patrón clínico, junto con un recuento bajo de plaquetas en sangre (trombocitopenia) y productos de degradación de fibrina plasmática elevados (dímeros D) (7, 8), es muy sugestivo de activación del complemento.

El sistema del complemento es parte del sistema inmunológico innato y puede activarse a través de tres vías separadas: la vía clásica dependiente de Ab, la vía de la lectina de unión a manosa (MBL) y la vía alternativa (Figura 1 y ref. 9). El complemento activado puede producir funciones efectoras directas mediante la opsonización de la diana con el componente 3 del complemento escindido (C3) y los fragmentos C4, la promoción de la inflamación con C3a y C5a y la lisis celular directa con el ensamblaje del complejo de ataque a la membrana (MAC) C5b-9 (Figura 1 y ref.9). La activación del complemento también prepara las respuestas inmunitarias adaptativas. Por ejemplo, el efecto adyuvante de la activación de C3 para provocar una respuesta Ab robusta está bien establecido (9).

Mecanismos potenciales de patología mediada por complemento en COVID-19. El virus SARS-CoV-2 puede activar directamente las vías del complemento. Los tejidos del huésped dañados también podrían activar de forma secundaria el complemento a través de cualquiera de las tres vías: la vía clásica, la vía de la lectina o la vía alternativa. La activación del complemento genera las anafilatoxinas C3a y C5a y el MAC C5ab-9. La anafilatoxina C5a puede provocar la activación de neutrófilos y monocitos, promover la formación de NET y agregados plaquetas-leucocitos, y estimular la desgranulación de neutrófilos y la liberación de factor tisular para desencadenar la vía de coagulación extrínseca. Estos efectos de C5a pueden contribuir a un estado de hipercoagulación que conduce a TEV y coagulación intravascular diseminada (CID). El MAC C5b-9 puede causar lesión endotelial directa y activación plaquetaria, lo que conduce a MAT. La oclusión de vasos capilares y sanguíneos por TMA y VTE eventualmente da como resultado isquemia tisular y daño oxidante, lo que contribuye al fallo multiorgánico en COVID-19. FRA, lesión renal aguda FB, factor de complemento B FD, factor de complemento D P, propidina.

Nuestra comprensión de la activación inapropiada del complemento en la enfermedad humana se deriva principalmente de mutaciones genéticas de las proteínas del complemento, ya sea mutaciones de pérdida de función en proteínas reguladoras que protegen los tejidos del huésped en condiciones homeostáticas o mutaciones de ganancia de función que dan como resultado resistencia a la vigilancia de proteínas reguladoras ( 10). La hemoglobinuria paroxística nocturna (HPN), por ejemplo, es causada por la deficiencia de 2 proteínas reguladoras del complemento en las células sanguíneas afectadas, el factor acelerador de la descomposición (DAF, también conocido como CD55) y CD59, y se caracteriza por hemólisis mediada por complemento y trombosis multiorgánica. (11). La microangiopatía trombótica (MAT) del síndrome de uremia hemolítica atípica (SHUa) conduce a trombocitopenia, anemia hemolítica e insuficiencia renal (12). Sin embargo, los eventos trombóticos en el SHUa no se limitan al riñón; entre el 3% y el 10% de los pacientes tienen complicaciones cardíacas debido a microangiopatía coronaria, y los pacientes a menudo desarrollan complicaciones que involucran otros órganos (12). Las mutaciones más frecuentes en el SHUa se encuentran en el factor proteico regulador H (FH), y tales mutaciones conducen a lesión endotelial mediada por MAC y trombosis capilar, que son las características distintivas de la MAT (13). Tanto la HPN como el SHUa son causados ​​por un control inadecuado de la activación del complemento y se tratan con éxito con eculizumab, un mAb anti-C5 humanizado (9).

Es muy plausible que la activación del complemento desempeñe un papel en la patogenia de COVID-19. La infección por patógenos es un desencadenante externo común de una mayor activación del complemento. Aunque el complemento, al igual que otros componentes del sistema inmunitario innato, ayuda a controlar las infecciones bacterianas o virales iniciales, existe el riesgo de que el complemento se vuelva perjudicial en etapas posteriores de la infección debido a la sobreactivación inducida directamente por el patógeno, o secundariamente a través de los tejidos del huésped dañados. La activación descontrolada del complemento puede abrumar los mecanismos reguladores de la célula huésped, particularmente en individuos con predisposición genética a la insuficiencia subclínica de la regulación del complemento.

Los fenotipos clínicos de COVID-19 probablemente reflejan los efectos directos del daño físico mediado por el virus en la integridad del tejido, así como las respuestas inmunitarias desadaptativas del huésped. Por ejemplo, las células endoteliales expresan altos niveles de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2), el receptor del SARS-CoV-2, y la infección viral puede alterar la función de las células endoteliales directamente o provocar una respuesta inflamatoria o inmunitaria (14). Estos últimos mecanismos son críticos en la tormenta de citocinas que complica el fenotipo más severo de COVID-19 (15). Las anafilatoxinas C3a y C5a son probablemente los principales contribuyentes al síndrome de tormenta de citocinas, tanto directamente a través de sus actividades proinflamatorias intrínsecas en la activación y el tráfico de leucocitos como indirectamente mediante la sinergia con otros sensores inmunes innatos, como los TLR, para amplificar la inflamación (16). De hecho, en una cohorte china de pacientes con COVID-19, los niveles plasmáticos de C5a reflejaron la gravedad de la enfermedad (17). Como anécdota, el tratamiento de dos de estos pacientes con un mAb anti-C5a coincidió con la resolución de la fiebre y el aumento de la saturación de oxígeno (17).

Es probable que el complemento se active en COVID-19 a través de múltiples vías, tanto por el propio SARS-CoV-2 como por los tejidos dañados y las células moribundas en etapas posteriores de la enfermedad (Figura 1). Por ejemplo, los Abs naturales (IgM) que reconocen antígenos virales o neoantígenos expuestos en tejidos del huésped dañados podrían desencadenar la vía clásica (18). La vía de la lectina también podría activarse en respuesta a componentes virales como la proteína nuclear (proteína N), como se demostró en un estudio reciente para el SARS-CoV en el que la proteína N interactuó directamente y activó las proteasas 2 asociadas a MBL (MASP2) ( 17). Finalmente, las células moribundas en múltiples órganos isquémicos probablemente eliminan proteínas reguladoras del complemento de membrana ancladas a lípidos, como DAF y CD59, y pierden glicosaminoglicanos para la unión de FH (19, 20), lo que permite que la activación del complemento por la vía alternativa ocurra sin impedimentos.

La activación del complemento también puede contribuir a la activación hemostática que conduce a la coagulopatía y explicar la lesión microvascular, características patológicas que se informan ampliamente en COVID-19 (4 - 7). En el SDRA atípico que complica COVID-19, se han informado depósitos sustanciales de complemento C4d, MASP2 y C5b-9 en el pulmón y en la microvasculatura dérmica (6). Por lo tanto, hay evidencia de trombofilia sistémica, así como de lesión microvascular, en paralelo con los depósitos plasmáticos elevados de C5a y C5b-9 endotelial en COVID-19.

Eculizumab inhibe eficazmente el C5 para bloquear los eventos tromboembólicos venosos (TEV) en la HPN y la MAT en el SHUa (9). Hasta hace poco, se desconocían las contribuciones relativas de las vías C5a y C5b-9 a estas patologías. Los experimentos en un modelo de ratón que lleva una mutación puntual de FH y que desarrollan TEV y TMA han aclarado parcialmente esta cuestión (21). El bloqueo de C5 en los ratones mutantes rescató la MAT renal y ocular, así como los fenotipos de TEV y previno la trombocitopenia, anemia hemolítica, insuficiencia renal, accidente cerebrovascular y muerte súbita (22). Por otro lado, cuando los investigadores eliminaron el receptor C5a (C5aR) en el mismo fondo de FH mutante, los ratones evitaron los TEV, pero aún eran susceptibles a la MAT en el riñón y el ojo (22, 23). Por el contrario, el bloqueo de C5b-9 mediante la deleción del gen C6 rescató a los ratones mutantes de la lesión por TMA, pero no tuvo ningún impacto en la incidencia de TEV (22, 23). Por tanto, al menos en este modelo murino, la lesión microvascular y la trombosis capilar están mediadas por la vía MAC, mientras que la trombofilia sistémica depende de la vía C5a / C5aR. El mecanismo por el cual la activación de C5aR induce TEV sigue sin estar claro. Sin embargo, dado que los neutrófilos y los monocitos expresan de manera prominente el C5aR en su superficie celular, los contribuyentes posteriores como la producción de citocinas (16), las trampas extracelulares de neutrófilos (NET) que conducen a agregados plaquetas-leucocitos (24, 25) y la liberación de factores tisulares para desencadenar la vía extrínseca de la coagulación (26) podría haber jugado un papel.

Los medicamentos aprobados eculizumab y RUCONEST, un inhibidor de C1 (C1INH), y los medicamentos experimentales anti-C5a y anti-C3 se han administrado y tolerado bien bajo uso compasivo en pacientes con COVID-19 (27 - 30). A medida que se inicien o consideren ensayos clínicos controlados de inhibidores del complemento para COVID-19, será necesario preguntarse qué intervenciones tienen más probabilidades de ser seguras y eficaces en las diversas etapas de la evolución de la enfermedad.

El bloqueo de C5 puede beneficiar a los pacientes que se encuentran en estado crítico que requieren atención en la UCI. Aquí, hay evidencia de ratones y humanos consistente con daño tisular mediado tanto por C5a como por C5b-9 (6, 17, 22, 23). En pacientes con enfermedad menos grave que requieren hospitalización pero no atención en la UCI, también se podría argumentar a favor de prescribir medicamentos que bloquean C5, aunque el enfoque anti-C5a conllevaría un menor riesgo de Neisseria Infección bacteriana, que normalmente está controlada por MAC (9). Idealmente, esta cuestión de seguridad y eficacia comparativas se abordaría mediante una comparación aleatoria y controlada de mAb anti-C5 versus anti-C5a, quizás enriqueciendo la selección de pacientes al incluir aquellos con dímeros D elevados e índices de activación del complemento. La vacunación y el uso profiláctico de antibióticos podrían mitigar el riesgo de Neisseria infección y consiguiente meningitis (9, 27). Sin embargo, se desconocen la seguridad relativa y la ventaja comparativa de tales estrategias en pacientes con COVID-19. Una desventaja de los mAb anti-C5 o C5a actuales es el alto requerimiento de dosificación (9, 17), que puede crear incertidumbres farmacocinéticas en el contexto de inestabilidad hemodinámica. Además de estos inhibidores terminales del complemento, también se encuentran en desarrollo clínico fármacos dirigidos a pasos anteriores o una vía específica de la cascada del complemento (9). Dichos fármacos pueden lograr una inhibición más completa del complemento que anti-C5 o anti-C5a, pero sus perfiles de beneficio y riesgo también requieren una consideración cuidadosa.

En resumen, existen líneas convincentes de evidencia que implican la activación del complemento en COVID-19. Estos se basan en la coherencia de los fenotipos clínicos con los síndromes humanos y los modelos de ratón de activación del complemento. Los inhibidores farmacológicos de la activación del complemento incluyen fármacos aprobados y otros en etapas tardías de desarrollo. La selección entre estos fármacos y el momento del tratamiento dependerá de ensayos controlados que definan la importancia relativa de las distintas vías del complemento, la eficacia de la administración del fármaco y el riesgo de infección oportunista.

La investigación en el laboratorio de WCS cuenta con el apoyo de las subvenciones de los NIH AI085596, AI117410 y AI146162. GAF cuenta con el apoyo de las subvenciones de los NIH HL141912 y U54TR001623 y un premio al mérito de la American Heart Association. Agradecemos a Takashi Miwa y Damodar Gullipalli por la verificación de referencias y la preparación de la figura, y a Claire Song por su ayuda editorial. GAF reconoce el consejo de Keith Peters sobre el papel potencial de la activación del complemento en COVID-19. GAF es profesor de McNeil en Medicina y Terapéutica Traslacional.

Conflicto de intereses: Conflicto de intereses WCS posee acciones, recibe honorarios de consultores y subvenciones de investigación y es inventor de patentes de mAbs anticomplementarios (WO2018 / 165062, WO2018 / 148486 y US2020 / 0148754A1) y terapia génica (WO2017 / 053732A2), con licencia para Kira Pharmaceuticals y Aevitas Therapeutics. GAF es asesor de Calico Laboratories, de los que recibe salario y apoyo a la investigación.


CH. 14

NO:
Membranas mucosas
Razón:
Las membranas mucosas tienen un pH más neutro que la piel.

NO:
Polimerización de los componentes de los complejos de ataque a membranas.
Razón:
Este es un resultado de la activación del complemento.

no:
Edema
Razón:
Esto se refiere a la acumulación real de líquido (hinchazón), no al líquido en sí.

plasma
Razón:
El plasma se filtra hacia los tejidos en el lugar de la inflamación y forma lo que luego se llama exudado.

Linfocitos
Razón:
Los linfocitos tienden a estar elevados en las infecciones virales, mientras que los neutrófilos aumentan en las infecciones bacterianas.

2) Vasodilatación de los vasos sanguíneos para aumentar el flujo sanguíneo.

3) La permeabilidad de los capilares aumenta, lo que permite que el plasma y los glóbulos blancos salgan de los vasos sanguíneos hacia el tejido inflamado.

4) Los glóbulos blancos migran a través de los espacios de los tejidos hacia el sitio real de la lesión o infección.

5) Los neutrófilos limpian el área mediante la fagocitosis de microbios y la acumulación de células muertas puede contribuir al pus


Esta vía es activada por la unión de lectina fijadora de manosa (MBL) a los residuos de manosa en la superficie del patógeno. Esto a su vez activa las serina proteasas asociadas a MBL, MASP-1 y MASP-2, que activan C4 y C2, para formar la convertasa C3, C4b2a.

Esta vía se inicia con la división de C5, y adjunto de C5b a un objetivo. C6, C7, C8 y C9 unirse con C5b, y esto complejo de ataque de membrana (MAC), cuando se inserta en la membrana externa de algunas bacterias, puede contribuir a su muerte por lisis. Los glóbulos rojos que tienen anticuerpos unidos a la superficie celular también pueden activar las vías clásica y lítica y volverse susceptibles a la lisis.


Epilepsia

La epilepsia es un trastorno neurológico caracterizado por convulsiones espontáneas que, en términos generales, son causadas por un desequilibrio de las sinapsis excitadoras e inhibidoras. Algunos pacientes con epilepsia tienen mutaciones genéticas que provocan convulsiones del desarrollo durante la primera infancia o la niñez (por ejemplo, mutaciones en los canales de sodio) [239]. Sin embargo, algunas epilepsias se adquieren después de eventos como lesión cerebral traumática, infección, fiebre o uso / abstinencia de drogas. La epilepsia afecta aproximadamente a 65 millones de personas en todo el mundo y entre el 20 y el 30% tienen convulsiones incontrolables. La evidencia de los mecanismos inflamatorios como causa y consecuencia de las convulsiones en la epilepsia se ha informado ampliamente [240]. Los primeros estudios mostraron niveles aumentados de C3 en el suero en individuos con epilepsia en comparación con controles sanos y con pacientes con epilepsia que estaban recibiendo tratamiento [211]. Este y otros estudios iniciales han despertado cierto interés en investigar el papel del complemento en modelos de epilepsia humanos y animales. El uso de tejido cerebral extraído quirúrgicamente de personas con convulsiones resistentes a los medicamentos ha permitido realizar análisis histológicos y bioquímicos. En muestras resecadas de personas con epilepsia del lóbulo temporal (TLE), se ha informado de un aumento de la expresión de los genes C1q y C3 [241]. Además, se encontraron proteínas C1q y C3c / C3d localizadas en microglia, astrocitos y somas neuronales [241]. La microglía también se localiza en regiones con inmunorreactividad de Map2 disminuida, lo que sugiere un papel de la microglía en la inestabilidad dendrítica en la epilepsia, quizás al promover la fagocitosis aberrante de neuronas lesionadas pero viables a través de mecanismos mediados por el complemento [242]. Para investigar más a fondo esta posibilidad, Brewster y sus colegas determinaron la localización de las proteínas del complemento en relación con la microglia y las dendritas en muestras de cerebro resecadas de personas con displasia cortical focal. Informaron un aumento de las proteínas del complemento C1q e iC3b, así como niveles alterados de las proteínas fagocíticas Trem2, MerTK y proteína S1. Además, observaron C1q agrupado en puntos de contacto entre microglia y dendritas [243]. Estos estudios observacionales sugieren un papel del complemento en la lesión neuronal inducida por convulsiones. Por tanto, los estudios preclínicos se han centrado en describir e inhibir la activación del complemento en modelos de epilepsia adquirida.

Las agresiones cerebrales como TBI, fiebre o abstinencia de alcohol pueden resultar en una convulsión prolongada y continua (estado epiléptico SE). SE aumenta en gran medida el riesgo de desarrollar TLE después de un período latente sin convulsiones, un proceso llamado epileptogénesis. En un modelo de rata de TLE, la expresión génica de C1q, C1r, C4, C3, C3aR, inhibidor de C1 y CD59 se regularon positivamente durante la epileptogénesis en comparación con los controles. La mayoría de estos genes permanecieron aumentados meses después de la agresión inicial, durante la fase de epilepsia crónica, lo que sugiere que los niveles elevados de proteína del complemento pueden contribuir al "cebado" o mantenimiento de un cerebro epiléptico [241]. En un modelo similar, se detectaron niveles más altos de proteína de C1q e iC3b en el hipocampo de ratas epilépticas, que también se asociaron con un aumento de Iba1 y una disminución de Map2, y déficits de memoria dependientes del hipocampo [244, 245]. El aumento de los niveles de C3 también se correlaciona significativamente con la frecuencia de convulsiones espontáneas [244, 246].

Varios estudios sugieren mecanismos por los cuales las proteínas del complemento juegan un papel en el desarrollo de la epilepsia. C1q participa en la eliminación de sinapsis redundantes durante el desarrollo [39, 64]. La ablación genética de C1q da como resultado un aumento de la complejidad neuronal cortical y la densidad de la columna con un sesgo hacia las sinapsis excitadoras [108], la hiperexcitabilidad y las crisis de ausencia [62]. El tratamiento agudo con inmunoglobulinas intravenosas (IgIV), que eliminan los fragmentos de activación del complemento C3b, C4b, C3a y C5a, bloqueando así su actividad [247] después de la EE, reduce el número de convulsiones espontáneas en la fase crónica y los niveles de C3 del hipocampo en la fase crónica. fase latente [109]. En un modelo de convulsiones inducidas por malaria, los ratones con deficiencia de C5 tenían una frecuencia significativamente menor de convulsiones espontáneas [110]. Además, la administración secuencial de componentes de MAC (C5b-C9) produce convulsiones espontáneas [248]. Estos hallazgos sugieren que la activación del complemento (MAC) aguas abajo es necesaria o al menos implicada en la epileptogénesis. Sin embargo, es posible que C5a, independientemente de la formación de MAC, aumente la susceptibilidad a las convulsiones al promover la inflamación y la microgliosis. A pesar de la evidencia emergente de que las proteínas del complemento juegan un papel en la generación de convulsiones, pocos estudios se han dirigido al complemento como un tratamiento potencial para detener la progresión de la enfermedad. Los fármacos antiepilépticos actuales no logran cambiar la trayectoria de la enfermedad, lo que resalta la necesidad de nuevas terapias. Un estudio mostró que los ratones con epilepsia crónica del modelo de kainato pasaron significativamente menos tiempo teniendo convulsiones inmediatamente después del tratamiento con el antagonista de C5aR1 PMX53 en comparación con los ratones epilépticos tratados con vehículo [111]. El tratamiento con PMX53 también reduce la probabilidad de una segunda convulsión en un modelo de encendido [111], lo que sugiere que el bloqueo de C5aR1 puede tener efectos antiepilépticos.


6 OTRAS CONSIDERACIONES

A pesar de la evidencia de que la aparición rápida de trombosis microvascular y falla multiorgánica después de infecciones por SARS-CoV-2 puede estar mediada, al menos en parte, por la hiperactivación del complemento, persisten importantes lagunas en nuestra comprensión de los mecanismos y las razones de las diversas manifestaciones. Por ejemplo, ¿también participa el PC? ¿El aumento del riesgo de TEV y trombosis arterial de grandes vasos 34 en pacientes con COVID-19 también está mediado por el complemento? ¿El SARS-CoV-2 causa una desregulación directa del complemento y es esto una ventaja para el virus? ¿Puede la respuesta proinflamatoria a menudo profunda que acompaña a la trombosis en COVID-19 explicarse por la activación del complemento? ¿Por qué los niños parecen estar a salvo de enfermedades o, a veces, siguen un curso diferente? ¿Existen variantes genéticas en los genes reguladores del complemento que determinan la gravedad del resultado? Por último, ¿qué intervenciones terapéuticas anticomplementarias deben considerarse para prevenir / tratar mejor la respuesta tromboinflamatoria a la infección por SARS-CoV-2?

6.1 CP, coagulación y COVID-19

Se ha especulado que después de la exposición al SARS-CoV-2, se pueden generar anticuerpos IgM e IgG antivirales, lo que da como resultado complejos inmunes en el virus o la (s) célula (s) infectada (s), lo que desencadena la activación del complemento a través de la PC. 67 Aunque es razonable, según nuestro conocimiento, esto aún no se ha demostrado con ninguno de los coronavirus patógenos, utilizando modelos in vitro o in vivo disponibles. Sería importante determinar esto, ya que existen terapias anticomplementarias disponibles, seguras y clínicamente probadas que se dirigen específicamente a los C1, 68 o ambos, C1 y MASP, este último mediante el uso de C1-INH. 69

6.2 ¿La activación del complemento desencadena tromboembolismo venoso y trombosis arterial en COVID-19?

The incidence of VTE in COVID-19 ranges from

10% to 35% 70 , with autopsies indicating that it may exceed 50%. 9 The mechanisms underlying the thrombosis are entirely unknown. Although many of these patients have elevated D-dimer and fibrinogen, they also commonly have increased C-reactive protein and IL-6, consistent with a vigorous inflammatory response. 35 The thrombopathy may be a response to direct virus-induced damage to vascular endothelial cells 64 and/or the virus acquiring TF from host cells, both triggering coagulation activation. 50, 52, 53, 71 However, it is also possible that complement contributes. In contrast to aHUS, which causes a TMA with microvascular thrombi, the complement-mediated disorder, PNH, is strongly associated with VTE and arterial thrombosis. 30, 31 PNH is caused by somatic mutations in the PIGA gene that result in loss of glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins, including complement negative regulators CD55 and CD59 on hematopoietic stem cell clones. There are multiple mechanisms by which thrombosis in PNH may occur, but the strong protection afforded by eculizumab is overwhelming evidence of the central role of complement. 30, 31

SARS-CoV-2 infection might impart a PNH-like thrombotic phenotype through one of several proteases encoded by the viral genome, including the nonstructural protein M pro (also known as 3CL pro or Nsp5) that has chymotrypsin-like activity. M pro in turn, generates multiple additional nonstructural proteins from the virus, several of which also possess proteolytic properties. 72 Complement activation products have been detected on erythrocytes of patients with COVID-19, 73 but the relevance of these findings have not been explored. It is conceivable that one or more of the SARS-CoV-2 proteases cleave glycosylphosphatidylinositol-anchored complement regulatory proteins from the surface of circulating or vascular endothelial cells, resulting in a PNH-like phenotype predisposing to large vessel thrombosis.

6.3 SARS-CoV-2 proteases, complement, coagulation, and the cytokine storm

The detection of SARS-CoV-1 proteins in the serum of acutely infected patients, 59, 60 and the proteolytic activities of some of the SARS-CoV-2-encoded proteins, raises other considerations that may help explain heightened cyclical activation of complement and coagulation. It is possible that one or more SARS-CoV-2-encoded proteins released into the blood following lysis of infected cells, augment complement activation and the resultant risk of TMA and/or large vessel thrombosis by altering the function of complement factors and/or coagulation factors, similar to what may occur when the N-protein interacts with MASP-2. 58 Like thrombin, plasmin, and other serine proteases, it is also possible that SARS-CoV-2-encoded proteases cleave and activate C3 and/or C5, 49, 74 liberating more of the pro-inflammatory/pro-coagulant C5a and augmenting the amount and/or activity of the prothrombotic MAC. Alternatively, SARS-CoV-2 proteins may bind to and/or cleave/inactivate negative regulators of complement, such as occurs with FH in its interactions with multiple microorganisms. 75 Such phenomena may not be restricted to the extracellular environment.

The long-held view that complement activation occurs only in the circulation and on the surface of cells, pathogens, and foreign surfaces has recently been supplanted by recent studies that reveal roles also for intracellular complement (referred to as the complosome) in immune cell regulation. 76 Indeed, most complement components, including C3, C5, and FH, may be synthesized by many immune and nonimmune cells, including epithelial and endothelial cells. Intracellular activation of complement via cleavage of C3 and C5 can be triggered by pathogens such as viruses, leading to a strong proinflammatory cytokine response, with the release of, for example, IL-6, IL-1β. and TNF-α. 77 Notably, it is these pro-inflammatory cytokines that are characteristically elevated in severe COVID-19, eliciting the so-called "cytokine storm." 35

The mechanisms underlying the prominent COVID-19-associated hyper-inflammatory response are not well understood. However, excess complement activation by itself is not a plausible explanation, as this phenomenon is not observed in aHUS. Extensively reviewed by others, 78, 79 it has been proposed that SARS-CoV-2 invasion of ACE-2 receptor expressing cells (airway epithelial cells, vascular endothelial cells, circulating monocytes), causes cellular damage, exposure of DAMPs, release of pro-inflammatory chemokines and chemoattractants (including C3a and C5a), resulting in recruitment of inflammatory leukocytes that release for example, IL-1β, IL-6, IL-18, TNF-α, and interferon-γ, all of which work in concert to trigger a self-amplifying pro-inflammatory cascade with massive release of cytokines. In addition to promoting widespread vascular and organ damage, these cytokines also exhibit prominent prothrombotic properties, triggering platelet activation, the release of reactive oxygen species by neutrophils, upregulated expression of monocyte TF, and reduced synthesis and function of vasculoprotective molecules, such as thrombomodulin. 80, 81 Although suppressing complement alone may not be sufficient to halt this virus-triggered cyclone of organ-damaging events, such a therapeutic strategy may have value when given in conjunction with other therapeutic modalities. 82

6.4 Age-dependent differences in COVID-19: thrombosis in children?

The clinical spectrum following SARS-CoV-2 infection ranges from asymptomatic to critically ill, with severity highest in the very elderly, particularly in those with preexisting comorbidities, and lowest in children. Although children and adolescents have a low incidence of symptomatic infections compared to adults, those who do require hospitalization, may suffer from what has been termed a "multisystem inflammatory syndrome in children (MIS-C)." 83 Sharing features with other rare disorders, including Kawasaki disease, toxic shock syndrome, and hemophagocytic lymphohistiocytosis, 84 the presentation is distinct from adult COVID-19. Although varied, these patients suffer from cardiovascular shock with myocardial dysfunction, fever, mucocutaneous lesions, rash, gastrointestinal disorders, thrombocytopenia, neutrophilia, evidence of acute kidney injury, and biochemical evidence of hyperinflammation. Strikingly, these younger individuals often lack severe pulmonary manifestations, and equally enigmatic, thromboembolic events are rarely seen. 83 Complement activation has not reportedly been measured in these patients. Among various proposed explanations for the differing responses in children and adults, it is possible that age-dependent differences in circulating ACE-2 and expression of the ACE-2 receptor by host cells may contribute to the lower incidence of lung disease and thrombosis. 85-87 Elucidating the pathogenic mechanisms for MIS-C will be key for optimal treatment and prevention.

6.5 Molecular determinants of outcome in COVID-19

As is evident, the determinants of susceptibility to infection, and the pattern and severity of illness remain poorly understood. Ramlall et al 88 evaluated the linkage between severe COVID-19 and genetic variations associated with complement and coagulation pathways by performing a candidate-driven analysis of the United Kingdom Biobank 89 that comprises genetic, physical, and health data from

500 000 individuals. Their analyses identified variants in CD55, FH, and C4bBP, 88 all of which conferred a significantly increased risk of an adverse clinical outcome. Interestingly, these negative regulators of complement have also been linked to age-related macular degeneration, another disorder that is most commonly manifest in the elderly. 90 Such information is not only further evidence of the important role that complement likely plays in COVID-19, but if validated, may be of value in risk assessments which in turn will impact on clinical decision making.

6.6 Therapeutic considerations

While the world searches for effective means of halting the spread of SARS-CoV-2, an array of strategic therapeutic approaches are being tested to shorten the course of COVID-19 and to limit the complications, including for VTE, inflammation and end-organ damage from microvascular thrombosis. Because of the complexity of the disease, it is readily apparent that multiple interventional strategies will be necessary to abrogate progression and to effect recovery and healing. It is also evident that current anticoagulant strategies will not be adequate to fully protect these patients from thrombosis however, anti-complement drugs might be of benefit.

There are numerous potential sites in the complement system that may be targeted to help treat COVID-19 (Figure 1). Several anti-complement drugs are currently in the clinic, being evaluated or used for a variety of complement mediated disorders. One or more of these may be well-suited for evaluation of efficacy for COVID-19.

Activation of the primary effector of complement, C3, would seemingly be a logical target to attenuate the thrombopathology in COVID-19. Compstatin derivatives that interfere with C3 convertase activity, include, for example APL-2 (Apellis Pharmaceuticals) and AMY-101 (Amyndas Pharmaceuticals). The safety of an approach that would suppress activation of all three pathways 91 in the setting of a viral infection has been reasonably questioned. However, such fears may be partly allayed by several lines of evidence: First, although children with inherited deficiency of C3 are more susceptible to infections, for unexplained reasons, they do not carry that risk into adulthood. 92 Second, pharmacologic suppression of C3 in nonhuman primates did not result in adverse effects. In fact, skin wounds of the C3-deficient animals tended to heal more rapidly. 93 Third, C3-deficient mice were protected against tissue damage triggered by SARS-CoV-1 infection. 56 Finally, AMY-101 has been used safely and apparently with benefit in a single adult patient with COVID-19. 94 It may be prudent to avoid using this approach in children with COVID-19.

The apparent prominent role of the LP in mediating the lung damage and thromboinflammatory response to all three of the pathogenic coronaviruses, suggests that this pathway might also be an ideal therapeutic target. 95 MASP-2 is the only LP protease that cleaves C4, and as noted previously, also has direct procoagulant properties. Anti-MASP-2 monoclonal antibodies (OMS721, Narsoplimab) have been deemed to be safe for aHUS, and are being evaluated by Omeros Corporation in phase 3 studies. 95 It would be interesting to test its efficacy in COVID-19.

A naturally occurring LP inhibitor, C1-INH, has broader specificity and is additionally a potent suppressor of the CP. It is widely and safely used for patients with C1-INH deficiency, the basis of hereditary angioedema. 69 For treatment of COVID-19 and other thrombo-inflammatory diseases, C1-INH may also have the added benefit of reducing activation of the contact pathway of coagulation and generation of kallikrein and bradykinin, and thus controlling pulmonary vascular permeability. 96

Anti-C5a and anti-C5aR blocking antibodies are also therapeutic options, inhibiting downstream in the complement cascade, but without affecting assembly of the MAC. Administration of anti-C5a antibodies (BDB001) to two patients with COVID-19 was associated with rapid resolution of fever, respiratory symptoms, hepatic dysfunction, and systemic inflammation (C-reactive protein). 58

Eculizumab and its long-acting form, ravulizumab, are well-established for their efficacy in aHUS and PNH and are the only anti-complement drugs for which clinical trials have been initiated for patients with severe COVID-19. These target the terminal pathway of complement, interfering with cleavage of C5, thereby reducing the generation of the most potent anaphylatoxin, C5a, and the MAC, both of which have pro-inflammatory and pro-thrombotic properties, while allowing the formation of opsonic C3 and C4 by-products. In an uncontrolled trial, complicated by other therapies, four patients with severe COVID-19 appeared to derive benefit. 97 Too early to draw conclusions, eculizumab has the advantage of retaining generation of upstream C3 activation products, and several years of clinical experience with the drug for aHUS and PNH.

The anecdotal nature of all of the reports to date necessitates cautious optimism that dampening complement activation is a valid therapeutic strategy to abrogate the thromboinflammatory sequelae of SARS-CoV-2 infections. And whichever anti-complement drug is selected, one must consider the potential increased risk of infection from loss of one or more components of the complement system, with early introduction of appropriate antibiotic and/or vaccination protocols. 98

In terms of when to treat, we are of the opinion that early intervention for COVID-19 with anti-complement agents may be important to limit cell/tissue damage. Although a systematic evaluation of complement activation during COVID-19 has not yet been performed, preliminary data from our laboratory (unpublished) and others 99 indicate that complement activation occurs early, with elevations in C5a and C5b-9 in patients with moderate disease. Could early dampening of complement activation, and thus the innate immune response to the virus, worsen the disease? Theoretically, this could occur if intervention is too early (ie, when SARS-CoV-2-infected individuals are asymptomatic or have mild disease). This should certainly be a consideration. At the least, when the disease is at a mild stage, it might be a good opportunity to vaccinate against encapsulated organisms or start the appropriate antibiotic coverage, in the case that more aggressive interventions, including anti-complement therapies, become necessary.

Overall, the question as to when to administer anti-complement agents and which ones to use, will only be answered with well-controlled clinical trials, informed in part by comprehensive studies that correlate severity of disease and outcomes, with biological markers of complement activation.


6 COMPLEMENT AND COAGULATION FACTORS DIRECTLY INTERACT

The extrinsic and intrinsic coagulation pathways cooperate with complement through a variety of bidirectional interactions that help maintain the homeostasis of coagulation and fibrinolysis. 41 Pathogenic virus infections disrupt this balance and, in COVID-19 for example, lead to an overall thrombo-inflammatory state. For example, coagulation factors IXa, Xa, XIa, and plasmin effectively cleave C3 and C5, generating C3a and C5a. 42, 43 C5a has a further pro-coagulant role in the activation of tissue factor from multiple cellular sources, including endothelial cells 44 and neutrophils. 45 Tissue factor binds factor VII, generating factor Xa, thrombin, and fibrin (see Figure 1), resulting in a net pro-coagulant state in the microvasculature of many critical organs. Circulating blood glycoproteins such as fibronectin, fibrinogen, and von Willebrand factor also bind NETs following C5a-stimulated release from neutrophils. This fibrinous lattice contributes to further platelet aggregation coagulation and, eventually, thrombus formation. 11

Further serine proteases from the lectin pathway also amplify complement activation. Mannan-binding lectin serine protease 1 (MASP)-1 cleaves complement C2 and C4 following virus infections and is also able to cleave fibrinogen and factor XIII and therefore activate coagulation. 43 MASP-1 also activates MASP-2, which can bind to the surface of mannose, and other carbohydrates on the surface of bacteria, fungi, and viruses to facilitate phagocytosis. It also amplifies complement activity by cleaving C4 and C2. 14 Highly pathogenic viruses such as H5N1 and H3N2 also interact directly with endothelial cells to promote a pro-coagulant, pro-inflammatory microvascular state by causing plasma exudation, increasing tissue factor levels and activating other inflammatory cells. 46-48

Activated platelets have an essential, although less frequently recognized, role in innate immunity following virus infection. 49-51 They attract T cells, B cells, dendritic cells, and neutrophils through cell signaling, by the release of pro-inflammatory mediators such as C–C motif chemokine ligand 5 (CCL5 also known as RANTES) and IL-1β, 52 or by direct interactions with adhesion molecules and their mutual ligands on inflammatory cells such neutrophils. 53 For example, P-selectin is a C3b-binding protein on activated platelets that results in increased C3a, C3b, and C5b-9 (MAC) production following infection. 54 Continued activation of platelets by virus infection can then lead to intravascular thrombosis, with paradoxical thrombocytopenia as a result of exhaustion of platelet stores. 55 Inhibition of protease-activated receptor-1 reduces platelet overactivation by thrombin in mice infected with influenza A, reducing inflammation and improving survival. 56

Complement can also inhibit fibrinolysis. Thrombin cleaves C5 to generate C5a, which increases the activity of the serine protease plasminogen activator inhibitor 1 (PAI1) on mast cells, basophils, endothelial cells, and fibroblasts. PAI1 inactivates both tissue plasminogen activator and urokinase, preventing the conversion of plasminogen to plasmin, the active fibrinolytic enzyme. 11

These observations suggest several mechanisms by which virus infections may activate coagulation and thrombotic microangiopathy through interactions with complement and pro-inflammatory cells and cytokines.


Complement Pathway

As part of the immune system, the complement cascade can be activated by three different pathways. The classical pathway takes place when antibody/antigen complexes interact with C1, a multimolecular complex consisting of C1q, C1r and C1s. The lectin pathway occurs when MBL binds to specific carbohydrate structures present on the surface of a variety of microorganisms. Both C1s and MASP cleave C2 and C4, which then forms C3 convertase (C4b2a). Initiated by yeast cell walls, biomaterials and tPA, the alternative pathway starts with activation of Factor D, then Factor B, and C3 Convertase (C3bBb). All three pathways merge at C3, which is then converted into C3a and C3b. C3b addition to either of C3 convertases changes its specificity into a C5 convertase, which cleaves C5 to form C5a and C5b. Addition of C6, C7, C8 and multiple C9 units to C5b forms the membrane attack complex (MAC), which binds to the cell surface and initiates membrane lysis. Components such as C1q, C3a, C3b, C3d, C4a, and C5a have additional functions through interaction with their respective receptors. There are many regulatory factors involved in the three pathways, such as Serpin G1 (C1 inhibitor), DAF/CD55 (dissociation of C3 convertases), MCP/CD46 (cofactor for serum factor I, inactivation of C3b and C4b), and CD59 (inhibitor of MAC formation).