Biologia das variantes do SARS-CoV-2: escape imunológico, transmissão e condicionamento físico

No final de 2020, depois de circular durante quase um ano na população humana, o coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) apresentou uma mudança importante na sua adaptação aos seres humanos. Essas formas altamente mutadas de SARS-CoV-2 apresentaram taxas de transmissão aumentadas em relação às variantes anteriores e foram denominadas “variantes preocupantes” (VOCs). Designados Alfa, Beta, Gama, Delta e Omicron, os VOCs surgiram independentemente uns dos outros e, por sua vez, cada um rapidamente se tornou dominante, regional ou globalmente, superando as variantes anteriores. O sucesso de cada VOC em relação à variante anteriormente dominante foi possibilitado pelas propriedades funcionais intrínsecas alteradas do vírus e, em vários graus, por alterações na antigenicidade do vírus, conferindo a capacidade de escapar de uma resposta imune iniciada. O aumento da aptidão do vírus associado aos COV é o resultado de uma interação complexa da biologia do vírus no contexto da alteração da imunidade humana devido à vacinação e à infecção anterior. Nesta revisão, resumimos a literatura sobre a relativa transmissibilidade e antigenicidade das variantes do SARS-CoV-2, o papel das mutações no local de clivagem do pico da furina e de proteínas sem pico, a importância potencial da recombinação para o sucesso do vírus e evolução do SARS CoV-2 no contexto das células T, imunidade inata e imunidade populacional. SARS-CoV-2 mostra uma relação complicada entre antigenicidade, transmissão e virulência do vírus, o que tem implicações imprevisíveis para o futuro.trajetória futura e carga de doença da COVID-19.

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Introdução

Desde seu surgimento inicial em Wuhan, em dezembro de 2019, o coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) causou mais de 641 milhões de casos de COVID-19 e mais de 6,6 milhões de mortes em dezembro de 2022 (ref. 1). SARS-CoV-2 (junto com SARS-CoV, a causa da SARS) é um membro da espécie Coronavírus relacionado à síndrome respiratória aguda grave, o único membro de um subgênero de vírus, Sarbecovirus, encontrado principalmente em morcegos-ferradura2 . Como outros coronavírus, o SARS-CoV-2 possui um grande genoma de RNA, compreendendo ~30,000 nucleotídeos, cuja replicação é mediada pela RNA polimerase dependente de RNA (RdRP) e uma enzima de revisão associada exoribonuclease (ExoN ). Isto, combinado com a natureza descontínua da transcrição do coronavírus, resultou em coronavírus com altas taxas de recombinação, inserções, deleções e mutações pontuais (embora as taxas sejam mais baixas do que para outros vírus de RNA devido à revisão), conforme revisado anteriormente3. O sucesso das novas variantes genéticas geradas, embora propensas a processos de amostragem estocástica, dependerá muito da seleção natural; em particular, a selecção positiva está associada a mutações que são benéficas para o vírus em que ocorrem. O SARS-CoV-2 provou ser um patógeno humano altamente capaz, mas também um generalista em termos de tropismo do hospedeiro, estabelecendo infecções em uma variedade de espécies de mamíferos, incluindo infecções em visons de criação4, um reservatório estável em espécies de cauda branca cervos5,6 e infecções incidentais de muitas outras espécies animais7. Uma vez que o SARS-CoV-2 estava em humanos, os primeiros meses de evolução do SARS-CoV-2 foram caracterizados por adaptação limitada e mudança fenotípica em relação à sua evolução posterior8. A primeira mudança notável, uma substituição de pico único (D614G), surgiu no início da pandemia e conferiu uma vantagem de crescimento de aproximadamente 20% em relação às variantes anteriores9. Uma linhagem definida por D614G (linhagem PANGO10 B.1) rapidamente se tornou dominante na Europa, dando uma indicação precoce do potencial do SARS-CoV-2 para aumentar a sua transmissibilidade em humanos. Como descrevemos anteriormente3,11, a partir de outubro de 2020, novas variantes do SARS-CoV-2 com maior mutação começaram a surgir. Estas variantes foram distinguidas por um maior número de mutações não sinónimas, principalmente na proteína spike - particularmente o caso do Omicron - e propriedades fenotípicas distintas, incluindo transmissibilidade e antigenicidade alteradas. Até o momento, cinco variantes do SARS-CoV-2 foram declaradas variantes preocupantes (VOCs) pela Organização Mundial da Saúde (e agências nacionais de saúde pública) com base no fato de apresentarem transmissibilidade ou escape imunológico substancialmente alterados, garantindo um monitoramento rigoroso . Cada VOC mostrou vantagens de transmissão em relação às variantes anteriores e tornou-se dominante, seja regionalmente nos casos de Alfa (linhagem PANGO10 B.1.1.7), Beta (B.1.351) e Gama (P.1) — na Europa, África Austral, e América do Sul, respectivamente - ou globalmente, nos casos de Delta (sublinhagens B.1.617.2/AY) e as muitas sublinhagens Omicron (sublinhagens B.1.1.529/BA, como BA.1, BA.2 e BA .5).

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Em contraste com a expectativa de que os vírus sofram uma rápida adaptação do hospedeiro após a propagação12,13, a análise de seleção indica que o SARS-CoV-2 carecia de níveis notáveis ​​de adaptação observável no início da pandemia14. Posteriormente, ficou claro que o SARS-CoV-2 é um vírus generalista capaz de usar uma variedade de proteínas de membrana da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) de mamíferos para entrada nas células15, permitindo a infecção de uma ampla gama de mamíferos14,16. Os sarbecovírus são transmitidos frequentemente entre diferentes espécies de morcegos-ferradura17 e espécies não-morcegos com capacidade de ligação à ECA2-(a característica ancestral inferida nos sarbecovírus18), que inclui humanos. A proteína spike do SARS CoV-2 contém propriedades importantes que são responsáveis ​​e necessárias para uma transmissão eficiente entre humanos, em particular: ligação humana à ACE2 e o local de clivagem da furina polibásica (FCS) na junção S1-S219,20 . Atualmente, o SARS-CoV-2 S1–S2 FCS é único entre os arbovírus, embora sequências análogas sejam observadas em outros betacoronavírus. A entrada do SARS-CoV-2 nas células das vias aéreas requer clivagem mediada pela furina no FCS, permitindo a fusão da membrana. O FCS é, portanto, um determinante chave das altas taxas de transmissão do SARS-CoV-2, contribuindo para a sua propagação eficiente em humanos. A otimização adicional do FCS de tipo selvagem durante o curso da pandemia resultou no aumento da clivagem da furina das proteínas de pico Alfa e Delta22–25. Em conjunto com outras mutações, notadamente aquelas que melhoram a ligação da ECA2 , acredita-se que as mutações que otimizam a clivagem da furina tenham contribuído para melhorar a transmissibilidade e, portanto, a aptidão dos VOCs Alfa e Delta, com transmissibilidade relativa 65% e 55% maior em comparação com o variantes que eles substituíram, respectivamente28–30. Em contraste com Alpha e Delta, o sucesso evolutivo da variante Omicron não está ligado à otimização da clivagem da furina. Em vez disso, o Omicron é caracterizado por um fenótipo de entrada alterado31,32, juntamente com um escape imunológico significativo31,33,34, permitindo a infecção eficiente de indivíduos vacinados ou previamente infectados. Embora a transmissibilidade em uma população ingênua seja amplamente determinada por propriedades virais intrínsecas, o cenário imunológico cada vez mais complexo em que o SARS-CoV-2 agora circula significa que o escape de anticorpos (em vez de a transmissibilidade ser aumentada apenas pela biologia do vírus, uma característica que pode ser difícil de otimizar além do alcançado pela Omicron) está se tornando o principal impulsionador do sucesso da variante. Antes do surgimento do Omicron (Quadro 1), cada uma das variantes dominantes evoluiu a partir de progenitores pré-COV, em vez de evoluir umas das outras. Por outro lado, ondas sucessivas estão agora sendo causadas por sublinhagens Omicron (por exemplo, BA.5, uma de suas sublinhagens BQ.1, e BA.2.75, uma sublinhagem de BA.2). É digno de nota que é possível que uma variante não detectada, potencialmente recombinante (Caixa 2), possa emergir com alta transmissibilidade ligada à biologia intrínseca e novas propriedades antigênicas. Quer surja uma variante inteiramente nova ou vírus futuros evoluam a partir das sub-linhagens Omicron com novas alterações antigênicas (cada vez mais prováveis ​​à medida que os VOCs anteriores não estão mais circulando), está claro que novas variantes do SARS-CoV-2 possuem combinações únicas de mutações continuarão a surgir e aqueles com vantagem de aptidão dominarão em relação às variantes anteriores. Até o momento, variantes bem-sucedidas também exibiram variação em características clinicamente relevantes, incluindo gravidade da doença, evasão imunológica e sensibilidade à terapêutica (particularmente anticorpos monoclonais). Portanto, é de importância clínica e de saúde pública compreender os impulsionadores da aptidão do SARS-CoV-2. A aptidão variante – o sucesso reprodutivo de um vírus – depende de uma variedade de fatores que determinam sua capacidade de infectar, replicar-se dentro e se espalhar entre hospedeiros. Nesta revisão, fornecemos uma visão geral das mutações observadas que são descritas como impactando a infectividade e transmissibilidade do SARS-CoV-2 e discutimos a capacidade viral de escapar da imunidade mediada por células T, inata ou humoral11. Consulte nossa análise anterior11 para obter mais detalhes sobre a imunidade humoral mediada por picos.

Fuga antigênica e variantes do SARS-CoV-2

Uma preocupação inicial em relação à evolução do SARS-CoV-2 foi o potencial surgimento de variantes antigenicamente distintas com a capacidade de escapar da imunidade adquirida por vacina ou infecção, como exemplificado pela substituição do pico N439K35. Antes de sua atualização no final de 2022, todas as vacinas contra COVID{7}} amplamente utilizadas eram baseadas no antígeno de pico das variantes iniciais, a maioria usando a sequência de referência Wuhan-Hu-1, amostrada de uma infecção de linhagem B em Huanan Seafood Market, muitas vezes com mutações que estabilizam a proteína spike em uma conformação de pré-fusão36. Embora alterações antigênicas limitadas tenham sido relatadas para Alfa25,37,38, foi observado escape moderado de anticorpos derivados de vacina e soros convalescentes para Beta, Gama e Delta em experimentos de laboratório23,37–39. No entanto, estudos epidemiológicos forneceram provas de que a eficácia da vacina contra Delta e Beta foi largamente preservada40–42. Assim, apesar de um design baseado numa sequência de picos muito precoce, as vacinas de primeira geração contra o SARS CoV-2 conferiram uma proteção notável contra doenças graves e permitiram que grande parte do mundo regressasse a uma aparência de normalidade.

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Caixa 1

A origem das variantes preocupantes do SARS-CoV-2 e do complexo Omicron

As variantes preocupantes do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV -2) (VOCs) exibem uma série de propriedades distintas, uma das mais intrigantes é um comprimento de ramo filogenético relativamente longo, muitas vezes com falta de intermediários genéticos antes de sua detecção67.193.194. Alpha foi detectado pela primeira vez no Reino Unido durante uma época de baixa circulação do vírus e vigilância sem precedentes do SARS-CoV-267.131. Delta foi identificado pela primeira vez na Índia em abril de 2021 (ref. 195) e depois foi associado a uma nova onda epidêmica no Reino Unido196, gerando várias sublinhagens, algumas das quais eram ainda mais transmissíveis do que o Delta parental, por exemplo, AY.4.2 (ref. 197). Da mesma forma, o complexo de variantes Omicron tem um longo comprimento de ramificação e ainda mais mutações do que os VOCs anteriores . A falta de sequências intermediárias levou a várias hipóteses sobre a origem dos COV198: (1) circulação em regiões geograficamente subamostradas; (2) circulação críptica dentro de um reservatório animal após zoonose reversa de uma variante inicial; (3) evolução dentro de uma infecção crónica num hospedeiro imunossuprimido ou em múltiplos hospedeiros humanos. Embora existam evidências do estabelecimento de reservatórios animais estáveis ​​para SARS-CoV-2, particularmente em visons de criação e veados de cauda branca4,5,186, atualmente a 'hipótese de infecção crônica' de emergência de variantes é a mais bem apoiada dessas cenários67.183. Sabe-se que as infecções crônicas geram perfis mutacionais altamente semelhantes aos dos COVs113,184,199–201. Há também evidências de transmissão limitada de infecções crónicas que causam surtos localizados113,182. A evolução a longo prazo na presença de pressão constante de anticorpos sub-neutralizantes pode explicar a distância antigênica de VOC, particularmente para Omicron. Ao contrário de outros VOCs, Omicron desenvolveu uma diversidade notável antes de ser detectado pela primeira vez e está atualmente dividido em cinco linhagens principais (BA.1, BA.2, BA.3, BA.4 e BA.5 (ref. 43); ver o figura), sendo detectadas muito mais sublinhagens que estão acumulando mais alterações antigênicas157. BA.1 causou uma onda global de infecção no final de 2021, mas no início de 2022 foi substituída por BA.2. Em abril de 2022, outras sub-linhagens BA, BA.4 e BA.5, foram reconhecidas e, a partir de setembro de 2022, BA.5 impulsionou uma nova onda Omicron internacionalmente43. As linhagens Omicron mostram uma relação complexa entre si, que provavelmente incluiu múltiplos eventos de recombinação intra-COV antes da detecção . Por exemplo, BA.4 e BA.5 contêm extremidades 5 'quase idênticas do genoma até o gene M, mas mostram grande divergência após este ponto, sugerindo um evento recente de recombinação. Da mesma forma, BA.3 poderia ser a progênie recombinante dos vírus ancestrais BA.1 e BA.2 . Origens filogenéticas hipotéticas do complexo Omicron mostrando um padrão potencial de recombinação entre as sub-linhagens BA.1, BA.2, BA.3, BA.4 e BA.5 são mostradas na figura. Os nomes das proteínas indicam pontos de interrupção potenciais aproximados (~).

O 'complexo' Omicron - compreendendo as distintas sub-linhagens BA.1, BA.2, BA.3, BA.4 e BA.5 (Quadro 1) - é capaz de infectar os vacinados e previamente infectados, trazendo o desafio de seleção de sequência de vacinas e vacinas universais no primeiro plano das discussões sobre estratégias de controle do SARS-CoV-2. Com mais de 15 mutações no domínio de ligação ao receptor de espícula (RBD) e uma série de deleções e substituições antigênicas no domínio amino-terminal (NTD) 43,44, BA.1, BA.2, BA.4 e BA.5 são muito pouco neutralizado com vacinas de primeira geração e por anticorpos derivados da infecção pré-Omicron (Fig. 1). Além disso, foi demonstrado o escape da grande maioria dos anticorpos monoclonais terapêuticos atuais; atualmente, apenas o bebtelovimabe — um anticorpo monoclonal direcionado ao RBD da proteína spike — foi relatado como mantendo sua eficácia contra todas as variantes do SARS-CoV-231,33,34,38,45–50. Esta grande 'mudança' antigênica levou alguns a propor que as linhagens Omicron deveriam ser consideradas uma cepa ou sorotipo separado em comparação com as linhagens pré-Omicron51,52. É importante ressaltar que a magnitude desta alteração antigênica se reflete nos dados sobre a eficácia da vacina no mundo real contra infecções e doenças sintomáticas41,53–57. São necessárias doses de reforço para manter qualquer eficácia da vacina contra Omicron, que diminui à medida que os títulos de anticorpos diminuem41,55. Na verdade, a eficácia da vacina contra doenças graves para Omicron permaneceu elevada 4 meses após uma dose de reforço e depois diminuiu rapidamente, embora a redução tenha sido menos rápida do que a observada após a vacinação primária58. Devido à curta duração da imunidade protectora contra a infecção por Omicron com as vacinas actuais, muitos fabricantes de vacinas e académicos estão a concentrar-se em vacinas de segunda geração, tais como reforços monovalentes ou bivalentes específicos de Omicron59 (que estão a ser implementados actualmente), administração de vacina nasal a estimular maior imunidade da mucosa60 ou abordagens de vacinas universais61. Tal como acontece com os coronavírus humanos sazonais, a extensão em que a imunidade adquirida a longo prazo pode prevenir a reinfecção por SARS-CoV-2 é limitada devido a uma combinação de diminuição de anticorpos e deriva antigénica do vírus – a aquisição incremental de mutações que permitem a imunidade evasão62,63. Além das mudanças graduais na antigenicidade, a evolução do vírus durante infecções persistentes permitiu que o SARS-CoV-2 acumulasse múltiplas mutações no contexto de uma única ou de algumas infecções de longo prazo, contribuindo para eventos de mudança antigênica quando essas variantes desaparecem. infectar outras pessoas (Caixa 1).

Caixa 2

SARS-CoV-2 recombinantes

Quando dois vírus de RNA co-infectam a mesma célula dentro de um indivíduo, há uma grande chance durante a replicação do genoma de que a polimerase mude de um modelo de sequência do genoma para o genoma heterólogo. Isto resulta num vírus recombinante com parte do seu genoma de um “progenitor” e a restante sequência genómica do outro (ver figura, parte a). Várias linhagens recombinantes foram identificadas em diferentes locais e designadas pelo sistema de classificação PANGO desde 2020 (ref. 10), identificáveis ​​pelo prefixo de linhagem 'X-'. Os recombinantes foram identificados inequivocamente quando variantes geneticamente distintas, como duas variantes preocupantes, co-circularam transitoriamente, levando a co-infecções. Por exemplo, a primeira linhagem recombinante atribuída, XA, foi um recombinante entre Alpha (B.1.1.7) e a linhagem anteriormente circulante no Reino Unido, B.1.177 (ref. 202). XC foi um recombinante entre Alpha e Delta encontrado no Japão203. Desde o início de 2022, o número de recombinantes identificados aumentou rapidamente, o que provavelmente se deveu aos elevados níveis de cocirculação entre Delta e BA.1, ou BA.1 e BA.2, em muitos países numa altura de eliminação progressiva das restrições-19 da COVID. Outra explicação é a maior confiança na identificação de recombinantes, devido à maior divergência de sequências entre os genomas de Delta, BA.1 e BA.2. Um exemplo de recombinante é o XD — um recombinante Delta × BA.1 encontrado pela primeira vez em janeiro de 2022 na França204. O XD tem dois pontos de quebra do genoma, com uma espinha dorsal e parte do domínio amino-terminal da proteína spike de Delta e o restante da proteína spike de BA.1 (veja a figura, parte b). Funcionalmente, foi demonstrado que o XD tem um fenótipo de patogenicidade intermediário entre BA.1 e Delta em camundongos transgênicos que expressam a enzima conversora de angiotensina humana 2 (ACE2) sob o controle do promotor da queratina 18, causando perda moderada de peso, sugerindo parte do diferencial fenótipo de patogenicidade de roedores do mapa Delta e BA.1 fora da proteína spike204. Um segundo recombinante notável no Reino Unido é o XE recombinante BA.1 × BA.2, que foi detectado pela primeira vez na Inglaterra em 19 de janeiro de 2022. Antes de ser superado pelo BA.5, o XE compreendia mais de 2.500 genomas, principalmente do Reino Unido. , e os dados preliminares sugerem um aumento modesto na taxa de crescimento em comparação com BA.2 (ref. 205).

O FCS na emergência da variante-2 do SARS-CoV

Em comparação com outros arbovírus conhecidos, uma característica única do SARS CoV-2 é a presença de um FCS dentro de sua proteína spike que pode ser clivada pela furina. No entanto, os FCS estão presentes em muitos outros beta coronavírus dos subgêneros Embecovirus e Merbecovirus, como o coronavírus humano OC43, o coronavírus humano HKU1 e o coronavírus da síndrome respiratória do Oriente Médio (Fig. 2a). O SARS-CoV-2 FCS demonstrou ser vital para a replicação ideal do vírus em células das vias aéreas humanas64, transmissibilidade19,21 e patogenicidade65. A furina, uma protease hospedeira, é mais abundante no aparelho de Golgi, permitindo a clivagem durante o tráfego do vírus para a superfície celular66. Agora está claro, no entanto, que o FCS das primeiras variantes do SARS-CoV-2 estava abaixo do ideal e não foi eficientemente clivado pela furina19,24,65. Curiosamente, um dos papéis descritos para a mutação de substituição precoce, o pico D614G, foi a clivagem do pico modestamente melhorada (revisada em detalhe anteriormente). Uma série de variantes subsequentes do SARS-CoV-2 abrigam mutações adjacentes ao FCS, que aumentam o número de resíduos de aminoácidos básicos — o local de reconhecimento conhecido da furina; por exemplo, Alpha, Mu e Omicron contêm a mutação FCS P681H44,67,68, que se prevê aumente a atividade de clivagem. Além disso, uma mutação diferente na mesma posição, P681R, aumenta a replicação e patogenicidade do Delta VOC23,30,69 (Fig. 2b). É digno de nota que Omicron contém P681H, bem como a mutação adicional N679K44, que juntas resulta em um FCS19,23–25,32,70 otimizado. É importante ressaltar, no entanto, que a otimização do local da furina por si só não aumenta a transmissibilidade ou replicação do SARS-CoV-2 e pode ser prejudicial à transmissão eficiente do vírus27, indicando que mutações adicionais observadas nessas variantes são necessárias para replicação e transmissibilidade otimizadas. O mecanismo exato pelo qual as mutações observadas no FCS aumentam a clivagem da furina permanece um tema de debate. Embora haja evidências bastante fortes de que o P681R aumenta diretamente o envolvimento da furina e a clivagem do sítio S1-S2, a consequência funcional do P681H71 é menos clara. Mecanisticamente, é provavelmente relevante que a posição T678 da proteína spike, localizada perto do resíduo P681, possa ser modificada pós-tradução com um sítio de glicosilação ligado a O-74. Sabe-se que as prolinas a jusante promovem a glicosilação ligada a O; portanto, uma explicação alternativa poderia ser que a remoção de P681, em vez da adição da histidina per se, leva à perda do local de glicosilação potencialmente obstrutivo da furina e ao aumento associado da clivagem. Insights recentes sobre a biologia Omicron desafiaram a hipótese de que melhorar a clivagem dos picos é essencial para aumentar a transmissão viral. Todas as linhagens Omicron contêm P681H e N679K43,44, que isoladamente ou em conjunto, aumentam a clivagem do sítio S1-S2 na proteína spike do tipo selvagem 32,70. No entanto, no contexto da proteína spike Omicron completa, a evidência de tal clivagem melhorada é menos clara, com alguns estudos descobrindo que a junção S1-S2 parece mais mal clivada do que em VOCs anteriores50,75, enquanto outros mostram eficiência de clivagem comparável àquela do Delta32,76,77. Independentemente do fenótipo de clivagem, muitos grupos descreveram como o Omicron é capaz de utilizar eficientemente uma via alternativa de entrada celular. Na verdade, enquanto os VOCs anteriores, como o Delta, são altamente dependentes da iniciação de fusão pela protease transmembrana serina 2 (TMPRSS2) na superfície celular, o Omicron também é capaz de ser eficientemente iniciado por proteases endossomais, como as catepsinas, de maneira semelhante à SARS- CoV31,32,50,75,76,78,79. Supõe-se que este mecanismo alternativo seja parcialmente responsável pela gravidade reduzida do Omicron, pelo menos em modelos de roedores32,75,78,80,81, devido à menor fusogenicidade e ao tropismo tecidual potencialmente alterado, com tendência para infecção do trato respiratório superior sobre o trato respiratório inferior. Vários estudos sugeriram mecanismos moleculares para esta fusogenicidade reduzida e via de entrada alterada, incluindo mutações no pico RBD de Omicron31,82, H655Y83 ou mutações no domínio S231,32,76, especificamente N969K32, embora seja controverso se esta característica é conservada em todas as linhagens Omicron32,84. No entanto, as linhagens Omicron continuam a apresentar alta transmissibilidade, pelo menos equivalente à de Delta85,86, implicando uma potencial dissociação entre a eficiência da clivagem da furina e a fusogenicidade e suas contribuições para a transmissibilidade do vírus. Além do sítio S1-S2, os betacoronavírus também requerem a clivagem de um segundo sítio de clivagem por protease, conhecido como sítio S2′. Após a clivagem do sítio S1-S2 e a ligação ao receptor cognato, o sítio S2 'fica exposto no domínio S2 da proteína spike87. A clivagem de S2 'libera diretamente o peptídeo de fusão, levando à fusão vírus-membrana hospedeira . Para a entrada do SARS-CoV-2 nas células das vias aéreas, este local é preferencialmente clivado por serina proteases do hospedeiro, como TMPRSS2, mas pode alternativamente ser clivado por catepsinas endolisossomais19,91. Vários artigos recentes sugeriram que a variação no DTN do SARS-CoV-2, particularmente por meio da remodelação de alças externas por meio da aquisição de deleções ou inserções, pode influenciar alostericamente tanto a clivagem S1-S2 quanto a clivagem S2′, e portanto fusão92–94. No geral, a relação entre o uso de protease, eficiência de clivagem S1-S2, tropismo, patogenicidade e transmissibilidade do SARS CoV-2 é altamente complexa e, às vezes, os resultados entre os estudos têm sido inconsistentes. É, portanto, necessário mais trabalho para colmatar estas lacunas no conhecimento e para compreender plenamente este sistema.

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Outras proteínas estruturais e não estruturais e infecciosidade

Vários estudos recentes investigaram a consequência de mutações em proteínas estruturais diferentes da proteína spike, incluindo proteínas de membrana (M), envelope (E) e nucleocapsídeo (N). A linhagem B.1.1 é definida por um par de substituições na proteína N – R203K e G204R. Variantes derivadas de B.1.1 (como Alpha, Gamma e Omicron) herdaram as mesmas mutações, enquanto Delta e Beta evoluíram independentemente R203M e T205I, respectivamente, com propriedades funcionais convergentes. Especificamente, foi demonstrado que estas mutações aumentam a infecciosidade viral95-97, embora o mecanismo exato de ação permaneça controverso. Por um lado, dados de um ensaio baseado em repórter baseado em partículas semelhantes a vírus sugeriram que essas mutações aumentam diretamente a formação de partículas virais, enquanto outro relatório sugeriu um papel para a fosforilação da proteína N, permitindo a restrição de escape pela quinase GSK3 (ref. 97 ). Uma explicação alternativa é que as mutações R203K e G204R introduzem um novo local de regulação transcricional no meio do gene N, permitindo a expressão de uma forma truncada da proteína N (denominada 'N*' ou 'N.iORF3'), que pode aumentar a infectividade do vírus através do aumento do antagonismo do interferon98,99. Curiosamente, existem vários outros exemplos de linhagens de SARS-CoV-2 que desenvolvem novas sequências de sítios de regulação transcricional que poderiam resultar na expressão de produtos proteicos truncados, dentro ou fora do quadro, mais proeminentemente em proteínas não estruturais 16 (NSP16)98.

Juntamente com a proteína N, mutações nas proteínas M e E também foram implicadas na modulação da infecciosidade-2 do SARS-CoV. Demonstrou-se que as substituições nas proteínas M e E de BA.1 (Omicron) reduzem a entrada celular de partículas semelhantes a vírus, embora estas mutações sejam compensadas por substituições adicionais nas proteínas S e N100. As proteínas E do coronavírus têm diversas funções, uma das quais é atuar como canal de cátions, potencialmente dentro do retículo endoplasmático (ER) e compartimentos de Golgi, para regular múltiplos estágios do ciclo de vida viral101. Foi demonstrado que a mutação T9I encontrada na proteína Omicron E atenua esta atividade do canal iônico in vitro102, embora suas consequências funcionais não sejam claras. Embora o ORF1ab represente dois terços do genoma do SARS-CoV-2, continua a ser a região onde o impacto das mutações variantes é menos compreendido. Uma exceção é uma deleção nas posições 106-108 no NSP6, uma mutação que é conservada entre todos os VOCs, exceto Delta. A NSP6 é uma proteína transmembrana multipassada associada à formação da organela de replicação do coronavírus – a estrutura membranosa derivada do RE que é produzida durante a infecção, fornecendo um compartimento para a replicação do RNA viral protegido da imunidade inata103. Um estudo recente mostrou que a NSP6 forma homodímeros e medeia a formação de um “ER com fecho” – canais membranosos estreitos e exclusivos que ligam “vesículas de membrana dupla”, que são o local primário de replicação do genoma viral103. Verificou-se que a deleção 106-108 no NSP6 aumenta especificamente a formação deste RE com zíper, indicando uma potencial adaptação específica do hospedeiro. O mecanismo exato deste aumento ainda precisa ser elucidado, embora os autores do estudo postulem que a deleção remove um suposto local de glicosilação ligado a O. Actualmente, ainda não está claro por que razão nunca se observou que Delta e várias outras variantes ganharam esta adaptação, apesar da facilidade com que esta eliminação pode ocorrer. Além das proteínas estruturais e ORF1ab, há algumas evidências muito limitadas mostrando mudanças adaptativas em proteínas acessórias, que serão abordadas posteriormente nesta revisão. Infelizmente, a caracterização experimental de mutações sem pico e quaisquer adaptações associadas aos humanos nas variantes do SARS-CoV-2 permanece muito aquém da da proteína spike. Isto se deve a uma série de fatores, incluindo a onipresença da tecnologia de pseudovírus usada para estudar fenótipos de espículas, em comparação com a complexidade técnica da genética reversa (geralmente necessária para estudos virológicos de mutações sem espículas) e a escassez de sistemas in vitro para investigar não -proteínas de pico. Fica claro a partir do trabalho actual que as adaptações sem picos contribuem largamente para a aptidão e patogenicidade do vírus, e o desenvolvimento contínuo de sistemas para estudar estas regiões é vital para a investigação em curso.

Respostas de células T e escape antigênico

As células T são uma parte importante da resposta imune adaptativa à infecção por SARS-CoV-2, com uma profunda resposta de células T CD4+ e de células T CD8+ observada na maioria dos indivíduos infectados104. Vários estudos sugerem um papel importante para a imunidade das células T na proteção contra COVID grave-19, embora isso seja provavelmente mais matizado e complexo do que o correlato bem caracterizado de proteção contra infecção de respostas de anticorpos neutralizantes105,106. Embora as respostas das células T auxiliares CD4+ sejam provavelmente amplamente importantes para a geração de anticorpos, a importância das células T na redução da gravidade da doença pode ser relativamente mais importante em cenários onde as respostas de anticorpos neutralizantes estão diminuídas ou ainda não são detectáveis. A indução precoce de células T específicas-2-de SARS-CoV é observada com mais frequência em infecções leves do que em infecções graves107, e as células T8+CD podem ser particularmente importantes na redução de resultados graves em pacientes com deficiência de células B108. Além disso, uma resposta de células T CD8+ totalmente funcional é mobilizada 1 semana após a primeira dose da vacina mRNA BNT162b2 (Pfizer–BioNTech), num momento em que os anticorpos neutralizantes não são totalmente induzidos, levantando a possibilidade de que a vacina precoce a proteção induzida pode depender principalmente de células T109.

Figura 1|Propriedades de substituições ou deleções de aminoácidos em variantes preocupantes selecionadas do SARS-CoV-2

Dado o papel integral das células T na imunidade ao SARS-CoV-2, existe o potencial para que a pressão seletiva leve ao escape das células T, embora a extensão em que as mutações do SARS-CoV-2 afetam as células T seja atualmente mal entendido. As respostas funcionais das células T são dirigidas contra múltiplas proteínas virais, com a magnitude da resposta correlacionada com os níveis de expressão da proteína viral. As respostas à proteína spike, proteína N e proteína M dominam, com respostas apreciáveis ​​também observadas contra ORF3a e as proteínas não estruturais NSP3 e NSP12 (ref. 110). Como a resposta das células T tem como alvo epítopos em todo o genoma do SARS-CoV-2, as pegadas do escape das células T são mais amplamente distribuídas do que as alterações causadas por anticorpos, que estão concentradas nos epítopos dominantes da proteína spike (Fig. 3) . Poucos estudos documentaram a evolução intra-hospedeiro dentro dos epítopos das células T, o que serviria como evidência direta do escape das células T. Mutações nos epítopos CD8+ na proteína N (M322I e L331F), na proteína M (L90F) e na proteína spike (L270F) foram observadas em variantes minoritárias em um estudo durante infecções agudas, resultando na perda de especificidade do epítopo respostas111. Infecções prolongadas por SARS-CoV-2 em hospedeiros imunocomprometidos podem oferecer maiores oportunidades de fuga de células T, semelhante aos exemplos extensivamente descritos na infecção por HIV-1112. O surgimento da mutação NSP3 T504P, resultando na perda de uma resposta de epítopo CD8+, foi relatado em vários indivíduos com deficiência imunológica humoral prejudicada, mas com respostas de células T preservadas no contexto da infecção crônica por SARS-CoV-2113, 114. Esses achados são limitados a alguns casos, demonstrando a necessidade de mais estudos de coorte prospectivos que avaliem sistematicamente o risco de escape de células T em determinadas populações de pacientes. Várias mutações nos epítopos de células T CD8+ imunodominantes de ORF3a e proteína N que resultam em perda completa de reconhecimento surgiram independentemente em múltiplas linhagens de SARS-CoV-2115. Entre estes está a proteína N P13L, presente em Omicron dentro de um epítopo CD8+ restrito a B*27:05. Dada a hipótese de que os COV surgem em infecções crónicas, é tentador especular que a presença de P13L no COV Omicron reflecte a selecção devido à pressão das células T durante a infecção crónica, além da constelação de mutações de pico que são provavelmente impulsionadas pela pressão dos anticorpos. . L452R encontrado em proteínas de pico Delta, Epsilon, Kappa e variante BA.4/BA.5 resulta na perda de uma resposta A*24:02-CD restrita8+116. A substituição do pico P272L surgiu em múltiplas linhagens em todo o mundo e leva à perda de um epítopo de CD8+ restrito ao HLA A*02:01 dominante117. O papel que as células T desempenham na condução dessa mudança, além da evasão de anticorpos e do aumento da afinidade de ligação2-da ECA, é incerto. Outras mutações de pico em VOCs que foram associadas à perda de respostas específicas de CD4+ incluem L18F, D80A e D215G em Beta e D1118H em Alpha118,119. O grau em que estas observações também representam efeitos incidentais nas respostas das células T com mutações impulsionadas por outras pressões é atualmente desconhecido. Apesar da perda destas respostas específicas, vários estudos mostram que a resposta global das células T induzida por infecções e vacinas de primeira geração é preservada contra a maioria dos COV105,118–120. Mesmo as extensas mutações na proteína spike Omicron resultam em apenas uma redução modesta de menos de 30% nas respostas totais de CD4+ e CD8+, com considerável variabilidade interindividual119,120. A maioria das respostas de epítopos CD4+ de pico de alta frequência concentram-se em regiões discretas do NTD, terminal carboxilo e regiões de proteínas de fusão, com muito poucas no RBD110. Não há pontos de acesso claros de epítopos de pico de CD8+110. Mutações concentradas no pico RBD e NTD encontradas em muitos VOCs que se acredita serem causadas pela evasão de anticorpos e pelo aumento da afinidade de ligação da ECA podem, portanto, ter um impacto limitado na resposta geral das células T. Assim, a maioria dos epítopos de células T são conservados em diferentes VOCs, e é provável que isto contribua para a eficácia preservada da vacina contra hospitalização e morte com Omicron observada após uma segunda dose e após uma terceira dose quando comparada com nenhuma vacinação121. A outra razão principal para o impacto modesto das variantes na imunidade das células T é a amplitude da resposta gerada, com cada resposta crescente a 30-40 epítopos após a infecção110. A nível populacional, existe também uma heterogeneidade muito maior na resposta das células T do que na imunidade de anticorpos devido a vários polimorfismos presentes nos genes HLA humanos. Em nível individual, no entanto, foram relatadas reduções significativas nas respostas específicas de picos de DC8+ ao Omicron em aproximadamente 15% dos doadores convalescentes e vacinados117, com outro estudo observando mais de 50% de perda de DC{{88} } Respostas de células T e células T CD8+ em aproximadamente 20% dos indivíduos testados122. Embora a generalização destes resultados seja limitada por amostras pequenas e pela distribuição de HLA das populações estudadas, ainda assim destaca o impacto potencial dos COV nas respostas das células T em certos indivíduos que têm imunidade específica de pico gerada apenas através da vacinação. Parece provável que a evasão de anticorpos e a transmissibilidade aumentada continuarão a ser os maiores impulsionadores dos COV emergentes do que a fuga significativa de células T. É difícil prever se veremos a perda lenta e sequencial de epítopos CD8+ ao longo do tempo, semelhante à adaptação a longo prazo na gripe H3N297. O escape de células T pode ocorrer através de vários mecanismos98. As alterações de aminoácidos nos epítopos ou nas regiões flanqueadoras podem interromper o processamento do antígeno, e as alterações nos resíduos de âncora podem interferir na ligação do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) aos epítopos123. Ambos os mecanismos podem resultar na perda irreversível da capacidade de resposta das células T a um epítopo específico. Alterações que prejudicam a ligação do receptor de células T ao complexo peptídeo-MHC podem, por outro lado, resultar em escape parcial ou completo. Este último cenário também pode ser superado por respostas de novo de células T usando repertórios alternativos de receptores de células T, conforme descrito anteriormente na infecção{102}} por HIV124.

Além do potencial escape de células T, o SARS-CoV-2, como muitos outros vírus, regula negativamente diretamente a expressão do MHC classe I (MHC-I) nas células infectadas para evitar o reconhecimento das células T, melhor descrito para a proteína acessória ORF8 ( referências 125.126). Também foi relatado que ORF7a (assim como ORF3a e ORF6 (refs. 127.128)) regula negativamente o MHC-I (refs. 128.129), embora não esteja claro se este é um efeito específico ou apenas o resultado da fragmentação inespecífica do Golgi . Trabalhos recentes mostraram que substituições comuns observadas em COVs não alteram a capacidade da ORF8 de suprimir a expressão do MHC-I, exceto um códon de parada prematuro no aminoácido 27 em Alfa, resultando na expressão de uma forma truncada e não funcional da ORF8. (ref. 126.131). Apesar do truncamento da ORF8, no contexto da infecção, Alpha ainda regula negativamente a expressão do MHC-I, implicando que esta variante, ou possivelmente o SARS-CoV-2 de forma mais geral, desenvolveu mecanismos redundantes para inibir esta via126.

Figura 2|Local de clivagem de Furin e sucesso variante

Imunidade inata e variantes do SARS-CoV-2

A imunidade inata é parte integrante da defesa do hospedeiro contra patógenos, com um papel fundamental no controle viral precoce e no ajuste das respostas imunes adaptativas. As respostas imunes inatas são particularmente críticas contra novos vírus, como patógenos zoonóticos, para os quais geralmente não existe imunidade adaptativa pré-existente. É surpreendente quando novos vírus zoonóticos são eficazes na propagação entre humanos através do antagonismo eficaz das defesas inatas do hospedeiro, apesar da recente replicação e transmissão bem sucedidas numa espécie hospedeira distantemente relacionada, com o seu sistema imunitário inato tipicamente divergente. Uma consequência da robustez do sistema imunológico inato humano é que a proporção de vírus zoonóticos que causam pandemias é extremamente baixa, e as propriedades que evoluíram nas espécies reservatórios do SARS-CoV-2, especificamente o tropismo generalista do hospedeiro ( que por acaso incluía humanos) juntamente com a aquisição de seu FCS na proteína spike, possivelmente em uma espécie hospedeira intermediária, foram características críticas para iniciar a pandemia de COVID-19. Vale ressaltar que o vírus relacionado à SARS SARS-CoV não se estabeleceu na população humana, apesar de também ser altamente transmissível, sendo sua erradicação atribuída à menor disseminação assintomática em comparação com o SARS-CoV-2, facilitando sua identificação infecções. É importante ressaltar que, à medida que os COVs do SARS-CoV-2 surgiram, ficou claro que eles estão adquirindo adaptações para infectar humanos de maneira mais eficiente, e isso, em parte, ocorre por meio de uma maior evasão imunológica inata. Na verdade, Alpha133.134 e COVs77.135.136 mais recentes desenvolveram sensibilidade reduzida aos interferons, consistente com esta sendo uma pressão seletiva chave para a transmissão do vírus em humanos. Surpreendentemente, em vez de se adaptarem para antagonizar especificamente as proteínas humanas, as sub-linhagens Alpha e Omicron BA.4 e BA.5 conseguiram em parte isto regulando positivamente a expressão da imunidade inata que suprime proteínas virais, particularmente a proteína ORF6 (ref. 77). ORF6 inibe o transporte nuclear de fatores de transcrição, incluindo STAT1 e IRF3 (ref. 137), que controlam a expressão de proteínas antivirais e mediadores pró-inflamatórios solúveis. Alpha também aumentou a expressão de ORF9b (que inibe a sinalização a jusante da detecção de RNA138) e da proteína N (que sequestra o RNA viral para evitar a ativação de mecanismos de detecção98), bem como a expressão de novo de N*/N.iORF3 – o terminal amino forma truncada da proteína N, que apresenta algum antagonismo do interferon, mas é expressa em níveis baixos98. Níveis aumentados dessas proteínas são provavelmente o resultado de mutações em regiões regulatórias que modulam a síntese subgenômica de RNA e a expressão proteica. Isto destaca a importância das mudanças fora da proteína spike na determinação das propriedades dos VOC, particularmente nas regiões reguladoras. Criticamente, mutações na sequência Kozak da proteína N que se espera que influenciem a expressão da proteína Alpha N e da proteína sobreposta ORF9b também aparecem nos VOCs dominantes Delta e Omicron, mas seu impacto total no antagonismo imunológico inato nesses VOCs ainda precisa ser determinado . A relação entre SARS-CoV-2 e imunidade inata é altamente complexa. Por exemplo, o antagonista viral ORF9b parece ser regulado negativamente através da fosforilação pelas quinases do hospedeiro, sugerindo que a sua inibição imunitária inata pode ser desligada em algum momento durante a infecção, talvez quando as respostas do hospedeiro forem desencadeadas nas células infectadas133. Esse mecanismo de troca inflamatória, que regula essencialmente as respostas do hospedeiro à infecção, poderia impulsionar a sintomatologia e a subsequente disseminação viral, alterando a ativação celular.

Até o momento, foi sugerido que pelo menos 15 proteínas do SARS-CoV-2 contribuem para o antagonismo das respostas inatas (revisado em detalhes em outro lugar139,140). Essas proteínas foram normalmente identificadas por meio de telas de repórter nas quais a proteína de interesse do SARS-CoV-2 é expressa durante uma resposta imune inata simulada in vitro e sua capacidade de antagonizar a resposta é avaliada. Tais experimentos normalmente não fornecem informações mecanicistas, mas são eficazes na descoberta de novas funções proteicas. Vários dos VOCs exibem alterações de aminoácidos em muitas das proteínas implicadas como antagonistas inatos do sistema imunológico, incluindo NSP1, NSP3, NSP6, ORF3a, ORF6, ORF7b, ORF8 e proteína N. Se estas mutações codificantes refletem adaptações para melhor antagonizar a imunidade inata humana ainda não foi estabelecido na maioria dos casos.

Além disso, a contribuição destas proteínas para o fenótipo VOC é pouco compreendida, uma vez que isto requer a geração meticulosa de mutantes isogénicos utilizando genética reversa e avaliação do seu impacto na replicação, produção de interferão e sensibilidade. Além de reduzirem a indução de interferon, os VOCs Alpha e Omicron são mais resistentes à inibição por seus efeitos antivirais126,133–135,141. Isto foi melhor descrito como estando relacionado a adaptações de espículas que reduzem a sensibilidade aos fatores de restrição transmembranares induzidos por interferon (IFITM)76,134,142. O efeito exato das proteínas IFITM durante a replicação do SARS-CoV-2 é controverso, com alguns estudos mostrando que as proteínas IFITM inibem a entrada celular do SARS-CoV-2, de maneira semelhante à influenza19,76,134,142, enquanto outros sugerem que em alguns contextos eles aumentam a infecção, de maneira semelhante à descrita para OC43 e HKU1 (refs. 76.134.143-145). É provável que o papel exacto das proteínas IFITM seja específico do contexto, tal como a via de entrada específica utilizada por um determinado vírus num determinado tipo de célula ou linha celular, a utilização de vírus vivo versus pseudovírus e o nível de proteína IFITM expressa. Os membros da família IFITM são pequenas proteínas transmembrana estimuladas por interferon que estão associadas a diferentes membranas celulares; O IFITM1 humano está geralmente associado às membranas da superfície celular, enquanto o IFITM2 e o IFITM3 estão mais localizados nos endossomos tardios e iniciais, respectivamente . O mecanismo exato pelo qual as proteínas IFITM impactam a entrada viral não está totalmente resolvido, mas acredita-se que a inibição da fusão da glicoproteína viral com as membranas do hospedeiro esteja envolvida147,148. Foi demonstrado que vários VOCs têm diferentes graus de sensibilidade à inibição ou aumento da proteína IFITM, muitas vezes associados a vias de entrada específicas ou fenótipos de clivagem de furina. Por exemplo, Omicron, que é mais eficiente na entrada endossomal do que variantes iniciais e outros VOCs, parece mostrar maior inibição (ou em alguns casos aumento) pelas proteínas IFITM endossomais, embora isto pareça ser altamente dependente do sistema celular utilizado32, 76.145. Isto possivelmente se deve ao fato de a Omicron ter que comprometer a evasão inata devido à evitação da imunidade adaptativa, particularmente no contexto de picos de anticorpos induzidos pela vacina, ou ter que se adaptar para usar proteínas IFITM como cofatores para entrada. Ainda não está claro como o antagonismo aumentado da imunidade inata pode influenciar a transmissão do vírus. Nossa hipótese é que a capacidade do SARS-CoV-2 de se espalhar de forma eficiente está fortemente ligada à sua capacidade de escapar e antagonizar as respostas imunes inatas nas primeiras células que encontram o vírus nas vias aéreas. Na verdade, espera-se que a eficiência dos eventos de infecção influencie a propagação viral através das vias aéreas e, portanto, a probabilidade de propagação de uma infecção produtiva. As respostas do interferon tipo I demonstraram ser importantes na determinação da eficiência e do resultado da infecção para outros vírus, e foram bem caracterizadas para a infecção lentiviral de macacos149.

Finalmente, o facto de actualmente cada COV ter evoluído independentemente de um vírus ancestral que circulou no início da pandemia significa que cada COV percorreu um caminho mutacional diferente para adquirir adaptações distintas aos humanos. Como consequência, os VOCs, ou mesmo outras variantes do SARS-CoV-2, poderiam potencialmente recombinar-se para unir adaptações codificadas independentemente e, portanto, vantagens fenotípicas de diferentes genomas variantes (Caixa 2).

Figura 3|Impacto potencial das variantes do SARS-CoV-2 nas respostas das células T e na imunidade inata.

Distância antigênica na determinação da transmissão e aptidão

A imunidade populacional em constante mudança cria um cenário dinâmico de aptidão para variantes de vírus porque a sua aptidão depende tanto da imunidade adquirida como do seu conjunto de mutações únicas. Embora complexidades como a amplitude e a duração da imunidade sejam considerações importantes150,151, o número cumulativo de seres humanos expostos ao SARS-CoV-2, através de infecção e/ou vacinação, resulta numa população muito menos suscetível à maioria dos vírus circulantes ( e passadas) variantes com um número cada vez menor de hospedeiros imunologicamente ingênuos e totalmente suscetíveis (Fig. 4). No início da pandemia de COVID-19, quando a fração de hospedeiros ingênuos era maior, havia pouco benefício evolutivo da novidade antigênica em relação às variantes do tipo selvagem. Em vez disso, a seleção favoreceu variantes capazes de maximizar o sucesso reprodutivo através da adaptação de características biológicas intrínsecas, como a mudança conformacional na proteína spike causada por D614G, a mutação definidora da linhagem PANGO B.1, ou o fenótipo de clivagem de furina melhorado juntamente com o aumento da ligação de ACE2 exibido por Alpha27,29. À medida que a imunidade na população hospedeira aumentou, a novidade antigénica de uma variante desempenhou um papel cada vez mais importante no seu sucesso reprodutivo, em relação às alterações biológicas intrínsecas152. Posteriormente, a Delta VOC tornou-se dominante a nível mundial, substituindo variantes anteriores em países com populações parcialmente imunes e com cobertura vacinal moderada a elevada23,153. Os dados de neutralização do vírus indicaram escape imunológico moderado de anticorpos neutralizantes pelo Delta VOC23,37–39, e os dados de eficácia da vacina indicaram que a novidade antigênica não foi o principal impulsionador do aumento da transmissibilidade40–42.154.155, indicando que a alta aptidão do Delta foi mais o resultado de intrínseco propriedades virais, como otimização da clivagem da espiga furina22,23,69. Comparado com variantes anteriores, o Omicron mostrou um grau sem precedentes de novidade antigênica31,33,34, indiscutivelmente comparável a um evento de mudança antigênica semelhante à influenza51. A “mudança” aqui, a acumulação de mutações que contribuem para a distância antigénica, ocorre provavelmente, pelo menos parcialmente, no contexto de infecção crónica ou infecções crónicas (Caixa 1). Uma comparação da dinâmica de transmissão entre famílias vacinadas e não vacinadas indicou que a fuga imunológica foi um componente crítico do aumento da transmissibilidade do Omicron (BA.1) em relação ao Delta durante o seu período de co-circulação86.

Figura 4|Variantes, vacinações, infecções e mortes dominantes do SARS-CoV-2 desde o início de 2020 no Reino Unido

A sub-linhagem Omicron BA.2 provou ser ainda mais capaz de infectar indivíduos não vacinados e vacinados, potencialmente impulsionada por propriedades de evasão imunológica semelhantes às de BA.1, mas com maior transmissibilidade intrínseca156. Mais recentemente, BA.4, BA.5, BA.2.75 e suas sub-linhagens mostraram não apenas uma evasão de imunidade ainda maior do que as variantes pré-Omicron, mas também escaparam da imunidade gerada por infecção anterior com Omicron, particularmente BA.1 (refs. 46 –49.157–159). Isto foi largamente atribuído a mutações em posições RBD antigenicamente potentes, particularmente L452R e F486V no exemplo de BA.4/BA.5 (ref. 160). Embora possa permanecer o potencial para uma maior otimização do SARS-CoV-2 para transmissão em humanos, agora parece provável que a novidade antigênica e a evasão imunológica das variantes emergentes serão o principal determinante da aptidão da variante e do sucesso evolutivo daqui para frente . Consequentemente, compreender as complexidades da proteção cruzada entre variantes é uma grande prioridade de investigação.

Gravidade relativa das variantes do SARS-CoV-2

É imperativo compreender como a virulência das variantes do SARS-CoV-2 pode evoluir em resposta às mudanças nas pressões de seleção. A virulência do patógeno, juntamente com a imunidade, a suscetibilidade individual, a predisposição à doença e outros fatores do hospedeiro, é um dos principais contribuintes para a gravidade da doença e é definida na literatura evolutiva como o aumento da morbidade e mortalidade de indivíduos devido à infecção. A virulência não diminui necessariamente com o tempo na população hospedeira; pelo contrário, os dados de modelização mostram geralmente um compromisso entre a taxa de transmissão e a virulência161,162. No entanto, a previsibilidade da evolução da virulência é complicada por vários mecanismos, incluindo a competição dentro do hospedeiro, a alteração das rotas de transmissão e do tropismo, e as interações com o sistema imunitário. Por exemplo, ondas epidémicas repetidas, características de um agente patogénico em evolução antigénica, podem seleccionar uma maior virulência do agente patogénico163. Avaliar a virulência relativa das variantes do SARS-CoV-2 através da gravidade da doença em humanos é um desafio devido às mudanças no estado imunológico e aos desenvolvimentos nas intervenções médicas durante a pandemia, embora seja possível comparar a gravidade da doença das variantes que infectaram as mesmas população num determinado período164. Esta abordagem sugere inconsistência na direção da mudança na gravidade da doença entre variantes sucessivamente dominantes do SARS-CoV-2: as variantes bem-sucedidas exibiram maior gravidade da doença à medida que Alpha substituiu B.1.177 e que Delta substituiu Alpha, correlacionando-se com mudanças relativas em transmissibilidade164. Em contraste, o Omicron exibiu uma gravidade reduzida da doença no período em que coexistiu com o Delta, uma diminuição que parece reflectir uma combinação complexa de factores, incluindo taxas de infecção mais elevadas daqueles com algum grau de infecção anterior e uma virulência intrinsecamente mais baixa164- 168. As explicações propostas para a menor gravidade da doença das infecções por Omicron incluem a redução da fusogenicidade da proteína spike, levando a menos danos nos tecidos, e o tropismo alterado mais restrito ao trato respiratório superior (devido ao uso alterado de TMPRSS2)32,75,78,79. Estes estudos anteriores compararam a virulência de variantes existentes na mesma população, embora não tenham conseguido determinar a virulência “intrínseca” de variantes não sobrepostas que circulavam em populações com diferentes estados imunitários, como Alpha e Omicron. Dado que o estado imunitário de um indivíduo influencia a gravidade dos sintomas, além da probabilidade de infecção, a “distância” antigénica entre a exposição passada e uma variante divergente tem o potencial de facilitar o aparecimento da doença num indivíduo que de outra forma estaria protegido, representando o potencial de divergência entre o potencial inerente de causar danos e a virulência real em pessoas infectadas.

Caixa 3

Fitness e antigenicidade

A aptidão darwiniana209, normalmente referida apenas como “aptidão”, é distinta da aptidão replicativa: a capacidade de um vírus produzir descendência infecciosa, medida experimentalmente em células cultivadas, em cultura de tecidos ou em hospedeiros individuais210,211. Por outro lado, a definição mais ampla de aptidão é o sucesso reprodutivo, por isso é altamente dependente do contexto, variando frequentemente ao longo do tempo e entre locais. A aptidão de uma determinada variante do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) dependerá da mudança no perfil imunológico da população hospedeira na qual ela está circulando, e o sucesso de uma variante individual é relativo à propriedades de variantes concorrentes dentro da população de vírus e processos de amostragem estocástica. À medida que a imunidade na população hospedeira aumenta, as condições podem resultar numa variante anteriormente altamente transmissível, tal como numa população imunizada, sendo agora menos apta em relação a variantes mais evoluídas (Fig. 4b). Embora a transmissibilidade intrínseca se baseie apenas nas propriedades biológicas do vírus, a transmissibilidade real depende destas propriedades no contexto da imunidade populacional, incluindo a interação da imunidade do hospedeiro devido a exposições passadas, antigenicidade variante e efeitos estocásticos. Além disso, embora seja possível que as variantes possam diferir na sua antigenicidade relativa – o nível de resposta imunitária que estimulam – a variação no grau de semelhança antigénica com outras variantes é geralmente de maior impacto. À medida que a imunidade na população hospedeira aumenta, a distância antigénica de uma variante às variantes anteriormente circulantes pode determinar a sua capacidade de infectar, replicar-se dentro e espalhar-se entre hospedeiros. A evolução da novidade antigênica torna-se, portanto, o determinante crítico do sucesso reprodutivo e da aptidão reprodutiva das variantes.

Uma abordagem complementar para medir a gravidade das variantes do SARS-CoV-2 envolve o uso de modelos animais (revisados ​​com mais profundidade anteriormente, os modelos animais incluíram roedores ingênuos, como camundongos transgênicos que expressam ACE2 humana sob o controle do promotor da queratina 18 ( expressa abundantemente em células epiteliais170) ou hamsters, cujas proteínas ACE2 expressas nativamente são usadas eficientemente por todos os COV atuais do SARS-CoV-232,171. A patogenicidade nesses modelos de roedores é mais comumente medida como uma função da perda percentual de peso, às vezes juntamente com o uso de curvas de sobrevivência e medidas de modelos de função pulmonar, recapitularam amplamente dados de gravidade equivalentes de estudos epidemiológicos em humanos, como Delta sendo mais patogênico que variantes anteriores e Omicron sendo menos patogênico que Delta32,69,75,173,174. várias limitações, como exemplificado por evidências epidemiológicas recentes de Hong Kong, sugerindo que a sub-linhagem BA.2 do Omicron apresenta uma gravidade da doença semelhante à das variantes da primeira onda175, enquanto modelos de roedores geralmente mostram que o Omicron é menos grave que as variantes anteriores32,75,173,174,176. Esta inconsistência poderia ser potencialmente explicada pela adaptação contínua do SARS-CoV-2 aos hospedeiros humanos, resultando na adaptação concomitante longe de roedores e outros modelos animais32,80,177,178. A gravidade da doença após a infecção por SARS-CoV-2 está correlacionada com vários fatores de risco, incluindo idade avançada, morbidades clínicas masculinas, como obesidade e imunodeficiência, e vários marcadores inflamatórios179. Conforme analisado em outro lugar, vários estudos genéticos recentes concentraram-se em características que podem explicar por que alguns indivíduos são mais suscetíveis a infecções por SARS-CoV-2 e outros desenvolvem sintomas mais graves. No entanto, existe uma necessidade urgente de combinar estes resultados com dados de variantes e intervenções específicas (isto é, vacinas, medicamentos e anticorpos monoclonais e monoclonais) que podem afectar directamente os fenótipos observados179. Além disso, embora os resultados mais comuns e facilmente mensuráveis ​​das infecções agudas sejam a hospitalização ou a morte, os resultados que são mais difíceis de medir também diferem amplamente entre as variantes, como a sintomatologia primária181 ou a síndrome de COVID{37}} pós-aguda, embora estes provavelmente também diferem muito pelo estado imunológico anterior.

cistanche tubulosa – melhora o sistema imunológico

Conclusão

O SARS-CoV-2 circula há 3 anos na população humana, infectando centenas de milhões de indivíduos. Continua, no entanto, a ser um vírus humano relativamente novo que continua a evoluir e a adquirir adaptações às suas novas espécies hospedeiras. Conjuntos de dados de sequência do genoma do SARS-CoV{4}} sem precedentes gerados globalmente revelaram evidências de mutações benéficas surgindo em experimentos laboratoriais guiados em tempo real para compreender melhor as propriedades intrínsecas das interações entre o vírus e o hospedeiro. Embora tenhamos esse conhecimento extraordinário da biologia do SARS-CoV-2, a aptidão do vírus é altamente dinâmica e a capacidade do SARS-CoV-2 de infectar, replicar-se e se espalhard entre a população humana depende explicitamente sobre o contexto imunológico específico em diferentes períodos da pandemia. Atualmente, o Omicron é dominante em todo o mundo, com as infecções sendo impulsionadas pelas sub-linhagens emergentes BA.2 e BA.5. Embora nossa compreensão do SARS-CoV-2 esteja melhorando, a evolução do vírus é inerentemente imprevisível, e um cenário futuro provável é o surgimento de um novo COV que é antigenicamente e, potencialmente, fenotipicamente distinto das formas iniciais de Omicron. Ao mesmo tempo, a imunidade da população contra o SARS-CoV-2 continua a acumular-se e pode muito bem compensar no caso de uma variante futura surgir com maior gravidade, levando a uma doença aguda mais ligeira. Todos os progenitores de COV evoluíram a partir de um vírus ancestral pré-COV presente durante a primeira onda da pandemia, seguindo caminhos diferentes, mas muitas vezes convergentes, para infectar e se espalhar de forma mais eficiente entre os seres humanos, e para resistir a anticorpos, imunidade impulsionada por células T e imunidade inata. As adaptações necessárias, como discutimos ao longo desta Revisão, são uma mistura de alterações no hospedeiro através de propriedades intrínsecas do vírus e fuga da imunidade inata ou adaptativa (Caixa 3). A hipótese predominante é que as variantes se originam de infecções crônicas em indivíduos imunocomprometidos, nas quais o vírus é capaz de estabelecer uma infecção persistente devido à função imunológica prejudicada67. A funcionalotese explica a mudança radical da evolução aparentemente rápida observada antes do surgimento de novas variantes67,183,184. No entanto, deve-se notar que as variantes futuras provavelmente serão derivadas diretamente de VOCs anteriores ou contemporâneos, mais recentemente exemplificadas pela onda de variantes Omicron de 'segunda geração' derivadas de BA.2, como BA.2.75, BJ.1, e BA.2.,10.4 (ref. 185). Embora a recombinação intralinhagem sirva como uma oportunidade para o vírus obter adaptações aditivas e vantagens fenotípicas de variantes circulantes distantemente relacionadas, antes do surgimento do XBB, os recombinantes exerceram atualmente apenas um impacto menor no curso da pandemia (Caixa 2). Além disso, embora existam actualmente evidências muito limitadas do estabelecimento de circulação e evolução a longo prazo em espécies de reservatórios animais, é necessária uma vigilância intensiva e activa de espécies susceptíveis, à medida que a zoonose inversa está a ser documentada4,5,186. Existem muitos países com baixa capacidade de sequenciação ou locais com boa vigilância anteriormente que estão a diminuir ou a eliminar gradualmente a sequenciação. Isto é problemático, pois a falta de vigilância genómica significará que variantes futuras serão detectadas muito mais tarde ou poderão estar a circular em níveis baixos antes de uma eventual detecção. Existe, portanto, uma necessidade de uma cobertura de vigilância ampla e equitativa para detectar rapidamente potenciais novos COV entre estes indivíduos e comunidades antes que se espalhem mais amplamente.

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