En los últimos 18 años, tres nuevos coronavirus cruzaron la barrera de las especies para infectar a los humanos y causar transmisión de persona a persona. Además, cuatro coronavirus humanos estacionales (es decir, 229E, NL63, OC43 y HKU1) se identificaron como causantes de hasta un tercio de las infecciones del tracto respiratorio superior adquiridas en la comunidad. Los coronavirus componen una familia dentro del orden Nidovirales y se replican mediante el uso de un conjunto anidado de ARNm. Aunque la mayoría de los coronavirus humanos son betacoronavirus, dos de los virus estacionales (es decir, 229E yNL63) son alfacoronavirus, lo que demuestra que ambos subgrupos virales son patógenos humanos importantes.
En diciembre de 2019, un nuevo coronavirus que surgió en Wuhan, China causó el síndrome respiratorio agudo grave (SARS). El síndrome respiratorio agudo grave por coronavirus 2 (SARS-CoV-2) desde entonces causó una pandemia que involucra de manera práctica a todos los países. A partir del 5 de octubre de 2020, el conocimiento de SARS-CoV-2 sólo tuvo meses para acumularse. Aunque los investigadores entienden más sobre la inmunidad a otros coronavirus humanos que hacia la inmunidad al SARS-CoV-2, ese conocimiento también es escaso. Por razones poco conocidas, la inmunidad a los coronavirus humanos estacionales tiende a ser corta en duración, desde 80 días hasta algunos años. Se documentaron reinfecciones con tres de los cuatro coronavirus humanos estacionales (es decir, 229E, NL63 y OC43). Se demostró reinfección, después de una infección documentada en pacientes con SARS-CoV-2. No está claro si tal reinfección representa inmunidad protectora no duradera, diferentes cepas del mismo virus, o ambos.
En pacientes infectados con el coronavirus del síndrome respiratorio agudo grave 1 (SARS-CoV-1) o con el coronavirus del síndrome respiratorio del Medio Este, la detección de marcadores humorales de inmunidad fueron medibles por 2-3 años, pero estos marcadores estuvieron ausentes cuando los pacientes se reexaminaron 5-6 años después. La comprensión de los mecanismos de la inmunidad de corta duración después de una infección de virus vivos es importante debido a que estos procesos pueden tener implicaciones considerables para la protección y la durabilidad de la inmunidad inducida por vacunas.
Como el número de pacientes infectados con SARS-CoV-2 sigue en aumento, se vuelve aún más esencial identificar, evaluar y comprender la respuesta inmune a la infección por SARS-CoV-2. Hay poco conocimiento de la inmunidad postinfección al SARS-CoV-2 y los factores biológicos y genéticos responsables del espectro amplio de la gravedad de la enfermedad siguen sin estar claros. Los datos sugieren que los anticuerpos descoordinados o neutralizantes de manera parcial y las respuestas de las células T CD4+ y CD8+, pueden asociarse con la gravedad del COVID-19, con la edad como un factor de riesgo. Información sobre la durabilidad de la inmunidad a la infección por SARS-CoV-2 y los objetivos de las respuestas de las células B y T pueden ayudar en el desarrollo de las generaciones venideras de nuevas vacunas y terapéuticas. Por tanto, se revisa el conocimiento actual relevante para la inmunidad humoral y celular al SARS-CoV-2 en humanos y su aplicación al desarrollo de vacunas.
Inmunidad humoral al SARS-CoV-2
Las respuestas inmunes humorales al SARS-CoV-2 están mediadas por anticuerpos que se dirigen a las glucoproteínas en la superficie viral, de manera principal, a la glucoproteína espícula y a la proteína nucleocápside. Tales anticuerpos neutralizan la infección viral en las células y tejidos humanos que expresan la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2).
La glucoproteína espícula de 180 kDa contiene dos subunidades (es decir, N-terminal S1 y C-terminal S2) y se considera un determinante antigénico importante capaz de inducir una respuesta inmunitaria protectora. La subunidad S1 contiene un dominio de unión al receptor (RBD; residuos 331-524), que media la unión viral a los receptores funcionales de la ACE2 en las células susceptibles y es el principal objetivo para los anticuerpos neutralizantes del SARS-CoV-2. El papel principal de los anticuerpos neutralizantes es la unión y la interacción del antígeno con células portadoras de receptores Fc γ para modular las respuestas inmunes subsecuentes. Se detectaron respuestas considerables de la IgG contra proteínas del SARS-CoV-2 (por ejemplo, proteína nucleocápside, S1, ORF9b, nsp5 y otros; Figura 3) en muestras de suero de pacientes convalecientes que se recuperaron de COVID-19 mediante el uso tecnología de microensayos proteómicos de SARS-CoV-2.
Los anticuerpos neutralizantes funcionales específicos para SARS-CoV-2 que se producen después de la infección, la vacunación o ambas (antiglucoproteína espícula y anti-RBD) se consideran importantes para la neutralización y el aclaramiento virales y se cuantifican mediante el uso de ensayos de neutralización in vitro. Por estas razones, los títulos de anticuerpos pueden ser buenos biomarcadores de la eficacia protectora de los anticuerpos y respuestas inmunes humorales exitosas después de la exposición al SARS-CoV-2. De hecho, se reportó una correlación fuerte (rango r 0.87-0.94) entre las respuestas de anticuerpos neutralizantes contra la glicoproteína espícula, la proteína nucleocápside y proteínas RBD detectadas por la prueba de neutralización de la reducción de la placa y las detectadas por ELISA en pacientes con COVID-19 confirmado por PCR. Las respuestas de las IgG, IgM e IgA a la proteasa similar a la cisteína del SARS-CoV-2 también se reportaron en pacientes con COVID-19, y estas respuestas correlacionan bien con los títulos de anticuerpos hacia la proteína nucleocápside. Estudios de alta calidad que examinan la duración de protección por anticuerpos neutralizantes funcionales y el potencial de reinfección son necesarios en cohortes grandes de pacientes con COVID-19 para comprender mejor y caracterizar la inmunidad específica del SARS-CoV-2.
La mayoría de los pacientes con COVID-19 o aquellos que son convalecientes tienen respuestas IgM, IgA e IgG específicas al virus en los días posteriores a la infección, lo que sugiere que los anticuerpos median la inmunidad protectora al SARS-CoV-2. Las cinéticas en general de la respuesta de anticuerpos contra el SARS-CoV-2 son análogas a las del SARS-CoV-1, que se caracterizan por una seroconversión fuerte (IgM e IgG) 7 a 14 días después del inicio de los síntomas y concentraciones de anticuerpos que persisten durante semanas o meses después de la infección y el aclaramiento viral. Un estudio longitudinal que evalúa la cinética de los anticuerpos específicos contra la glucoproteína espícula en pacientes con COVID-19 encontró que los anticuerpos IgA se produjeron temprano (en la primera semana) y alcanzaron su punto máximo en la concentración a los 20-22 días, mientras que los anticuerpos IgM alcanzaron títulos altos a los 10-12 días que disminuyeron de manera posterior 18 días después del inicio de los síntomas. Un estudio de seroprevalencia que examinó las respuestas de IgG para la glucoproteína espícula en 40 pacientes con COVID-19 después de la aparición de los síntomas reportó que los títulos de IgG aumentaron durante las primeras 3 semanas y comenzaron a disminuir a las 8 semanas. En personas con COVID-19 leve, se observó una disminución rápida de los títulos de IgG específicos hacia RBD en 2 a 4 meses en varios estudios, lo que sugiere que la inmunidad humoral inducida por SARS-CoV-2 podría no ser de duración larga en personas con enfermedad leve. Se reportaron resultados similares con respuestas de anticuerpos específicos hacia la proteína de la nucleocápside del SARS-CoV-2.
Un estudio prospectivo de 67 pacientes con COVID-19 que tenían títulos altos (título pico >2 veces el valor de corte para un resultado positivo) de IgM específica hacia la nucleocápside (hasta 1:800) e IgG (hasta 1:60) después del inicio de los síntomas, encontró que los títulos de anticuerpos fueron más altos de manera significativa en pacientes con enfermedad grave que en pacientes sin enfermedad grave y se asociaron con resultados clínicos. Además, los pacientes con COVID-19 y títulos bajos de IgG (es decir, el título máximo de 1 a 2 veces el valor de corte para un resultado positivo) tenían una tasa más alta de eliminación viral que los pacientes con COVID-19 y títulos altos de IgG (es decir, respondedores de anticuerpos fuertes), lo que sugiere de nuevo que las respuestas fuertes de anticuerpos pueden asociarse con una enfermedad más grave y las respuestas bajas de anticuerpos pueden asociarse con tasas mayores de eliminación viral. Sin embargo, un estudio amplio de la inmunidad adaptativa al SARS-CoV-2, que también examinó la asociación con la gravedad de la enfermedad, mostró que la concentración de anticuerpos neutralizantes no se correlacionó con la gravedad de COVID-19, lo que indica que las respuestas inmunitarias celulares también son importantes para resolver la infección por SARS-CoV-2. Un reporte sobre la evaluación inmunológica de pacientes con infecciones agudas por SARS-CoV-2 sintomáticos y asintomáticos, encontró que los títulos de IgG fueron mucho más altos en individuos sintomáticos que en los individuos asintomáticos (señal mediana a la relación de corte 20.5 [IQR 5.8–38.2] vs 3.4 [1.6–10.7]; p = 0.005) en las 3-4 semanas posteriores a la exposición al SARS-CoV-2. En la fase de convalecencia (es decir, 8 semanas después del alta hospitalaria), los títulos de IgG en individuos sintomáticos permanecieron más altos de manera significativa que aquellos en individuos asintomáticos (p = 0.002). En particular, los títulos de IgG disminuyeron durante la fase de convalecencia en 30 (97%) de los 31 individuos sintomáticos y en 28 (93%) de los 30 individuos asintomáticos, donde cuatro (13%) individuos sintomáticos y 12 (40%) individuos asintomáticos se volvieron seronegativos a la IgG en los 2-3 meses posteriores a la infección.
Otros estudios de COVID-19 reportaron resultados similares lo que indica que las respuestas de anticuerpos después de la infección por SARS-CoV-2 tienen una duración corta (por ejemplo, 3-4 meses). Un estudio de Islandia reportó que 1107 (91.1%) de 1215 personas que dieron positivo al SARS-CoV-2 por PCR permanecieron seropositivos 4 meses después del diagnóstico, sin una reducción en los títulos de anticuerpos. Estudios longitudinales adicionales son necesarios para comprender mejor la dinámica de los anticuerpos inducidos por el SARS-CoV-2 en poblaciones y el papel que estos anticuerpos tienen en el riesgo y la gravedad del COVID-19. Tal conocimiento es relevante para el diagnóstico temprano de pacientes con COVID-19 y para examinar la incidencia de infecciones (clínicas y subclínicas) en diferentes poblaciones.
Es importante comprender si, y cómo, otros factores (por ejemplo, edad, raza, etnia, sexo, índice de masa corporal y tabaquismo) pueden influir en las respuestas serológicas e inmunes durante la infección por SARS-CoV-2. En una cohorte de 20 pacientes con COVID-19, las respuestas de IgG específicas a S1 fueron mayores de manera significativa en mujeres mayores (>40 años) que en mujeres más jóvenes (<40 años) y hombres, lo que implica que las mujeres mayores pueden desarrollar respuestas de anticuerpos de manera más efectiva que otros grupos. En 149 individuos convalecientes, sin embargo, los hombres tenían niveles títulos neutralizantes de IgG anti-RBD y antiglucoproteína espícula que las mujeres. Las respuestas de anticuerpos específicas al sexo contra el SARS-CoV-2 también se encontraron en la población islandesa y un estudio pequeño demostró diferencias específicas al sexo en las respuestas innatas, de anticuerpos y de células T a la infección por SARS-CoV-2. En cuanto a la edad, los pacientes mayores (60-85 años) y de edad mediana (40-59 años) tenían títulos más altos de manera significativa de anticuerpos neutralizantes para SARS-CoV-2 que los pacientes más jóvenes (15 a 39 años). Dos estudios identificaron mutaciones genéticas congénitas que interrumpen las respuestas del interferón tipo I y la producción impulsada de manera genética de autoanticuerpos que bloquean la función del interferón tipo I, como factores de riesgo de COVID-19 grave. Estos hallazgos sugieren que esta respuesta inmune innata tiene un papel importante en la protección contra la infección por SARS-CoV-2 y proporcionan una posible explicación de la variedad amplia de fenotipos clínicos de la enfermedad.
La mitigación efectiva de la transmisión del SARS-CoV-2 se estima que comenzará una vez que se alcance la inmunidad colectiva y se sostenga a 70%. No existe inmunidad preexistente al SARS-CoV-2 en la población, excepto por medio de reactividad cruzada (antígenos o epítopos virales compartidos) con otros coronavirus. Se desconoce si la inmunidad preexistente a los coronavirus estacionales humanos comunes pueden ofrecer algún grado de protección cruzada. De manera clara, una vacuna eficaz y segura para COVID-19 sería una solución ideal para lograr la inmunidad colectiva. Será crucial entender la cinética y durabilidad de, y el grado de protección de, las respuestas de anticuerpos inducidas por la vacuna. Las correlaciones inmunológicas de protección contra el SARS-CoV-2 se desconocen y las funciones de los anticuerpos específicos (y células T) en la eliminación de la infección aún no se identifican de manera definitiva en los humanos. Datos de estudios en macacos rhesus infectados con el SARS-CoV-2 demostraron el papel protector de los anticuerpos neutralizantes contra el reto viral; sin embargo, este rol aún no se estableció en los humanos. En esta etapa, el desarrollo clínico y la evaluación de vacunas contra el SARS-CoV-2 se facilitará de manera considerable por la identificación de una correlación de la de protección inducida por la vacuna.
Inmunidad celular al SARS-CoV-2
Reportes iniciales sobre la inmunidad celular al SARS-CoV-2 consistieron en reportes de casos con un número pequeño de pacientes, que indicaron que la proporción de células T CD38+, HLA-DR+ (tanto CD4+ como CD8+) aumenta durante los primeros 7 a 10 días de los síntomas de COVID-19 y comienza a regresar a la línea basal alrededor del día 20. Las células T específicas al SARS-CoV-2 expresan perforina 1 y granzimas a la reestimulación in vitro con antígenos virales. En algunos reportes, pero no otros, el aumento en la proporción de células T específicas al SARS-CoV-2 pareció correlacionarse con la gravedad de la enfermedad; este hallazgo representa una pregunta importante sin respuesta que podría afectar el desarrollo de la vacuna. Las enfermedades graves también se relacionaron con una mayor reducción en las cuentas de células CD4+ y CD8+ periféricas en comparación con una enfermedad no grave, lo que sugiere un vínculo entre la gravedad de la enfermedad y el tamaño de la respuesta inmune celular; sin embargo, se necesitan estudios más amplios para respaldar aún más una correlación.
Braun y colegas evaluaron las respuestas de las células T a péptidos derivados de la glucoproteína espícula del SARS-CoV-2 al utilizar la expresión de marcadores de activación (ligando 4-1BB receptor y CD40-L) para identificar células T CD4+ específicas al epítopo. Las células T activadas HLA-DR+ y CD38+ específicas para la glucoproteína espícula fueron detectables en 15 (83%) de 18 pacientes con COVID-19. De manera notable, Braun y colegas identificaron células T reactivas a la glucoproteína espícula en 24 (35%) de 68 participantes sanos que no fueron positivos para COVID-19. El papel de estas células preexistentes reactivas al SARS-CoV-2 en COVID-19 se desconoce, pero Braun y sus colegas especularon que la presencia y ausencia de estas células podría contribuir a las diferentes manifestaciones clínicas de COVID-19.
Grifoni y colegas utilizaron un algoritmo de predicción de HLA y megarreservorios de péptidos para identificar células T específicas contra el SARS-CoV-2 en diez pacientes con COVID-19 y 11 participantes de control sanos y no expuestos. Se detectaron respuestas de células T CD4+ específicas al virus en siete (70%) pacientes con COVID-19 y respuestas de células T CD8+ específicas al virus en todos los diez pacientes con COVID-19, lo que indica que la mayoría de las personas pueden desarrollar respuestas de células T contra el SARS-CoV2. El reconocimiento de antígenos del SARS-CoV-2 por células T preexistentes y con reactividad cruzada durante una infección previa con coronavirus humanos también puede contribuir a la presencia frecuente de células T reactivas al SARS-CoV-2 en pacientes con COVID-19. La respuesta de las células T CD4+ consistió en células T cooperadoras 1 (Th1) de manera predominante, caracterizadas por concentraciones altas de secreción de IFNγ y una propensión hacia la glucoproteína espícula estructural, la proteína de membrana y la proteína nucleocápside (en ese orden), aunque proteínas no estructurales (es decir, nsp3, nsp4 y ORF8) también fueron blanco. Las respuestas de las células T CD8+ específicas para el SARS-CoV-2 produjeron IFNγ y factor de necrosis tumoral (TNF)α, también como reflejo de una respuesta desviada hacia células Th1. El patrón de inmunodominancia difirió de la respuesta de las células Th, pero el patrón también mostró una preferencia por las proteínas estructurales sobre las proteínas no estructurales (en orden de preferencia: glucoproteína espícula, proteína de membrana, nsp6, nucleocápside, ORF8 y ORF3a). Los donantes no expuestos también tuvieron células T CD4+ (seis [60%] de diez) y células T CD8+ (cuatro [36%] de 11) reactivas a los péptidos del SARS-CoV-2, lo que sugiere que la reactividad cruzada de la célula T puede ser común. Peng y colegas evaluaron las respuestas de las células T en 42 pacientes que se recuperaron de COVID-19 y 19 controles no expuestos al utilizar una estrategia de grupo de péptidos superpuestos que cubre cada proteína viral, excepto ORF1. Peng y colegas también notaron que tanto las respuestas de las células T CD4+ y CD8+ se desviaron de manera principal hacia las células Th1, con la producción de IFNγ, IL-2 y TNFα, y se encontró que la glucoproteína espícula era inmunodominante. En ambos estudios, la fuerza y la amplitud de la respuesta inmune aumentaron en pacientes con enfermedad grave en comparación con pacientes con enfermedad leve y hubo una variabilidad interindividual considerable en la respuesta; sin embargo, algunos péptidos fueron objetivo de manera más común que otros. Una evaluación más profunda de las respuestas de las células T en 203 pacientes con COVID-19 encontró que las células T específicas al virus mostraron un fenotipo citotóxico activado durante la infección aguda, mientras que las células T específicas al virus evaluadas durante la fase de convalecencia tuvieron un fenotipo de memoria y fueron polifuncionales, con ambas células T CD4+ y células T CD8+ que expresan IFNγ, IL-2 y TNFα. De manera notoria, las respuestas de las células T fueron detectables en personas que se recuperaron de COVID-19 leve que no tuvieron respuestas de anticuerpos detectables al SARS-CoV-2.
En el primer reporte de una vacuna contra el SARS-CoV-2 (una vacuna de adenovirus vectorizada al serotipo 5 que expresa la glucoproteína espícula) en humanos, las respuestas de las células T en los 108 receptores de la vacuna se midieron por un inmunospot ligado con enzima de IFNγ y una tinción de citocinas intracelulares después de la estimulación con péptidos de la glucoproteína espícula superpuesta. Las respuestas de células T CD4+ y CD8+ fueron detectables 14 y 28 días después de la vacunación. Las células T que respondieron también produjeron IL-2, TNFα o ambos. Las células T CD4+ tenían más probabilidades de ser polifuncionales que las células T CD8+. Las respuestas de las células T antes de la vacunación a la glucoproteína espícula del SARS-CoV-2 fueron mínimas o inexistentes en todos los pacientes, lo que sugiere que esta población no tuvo inmunidad de células T por reacción cruzada. La extensión de la reactividad cruzada entre las respuestas de las células T al SARS-CoV-1 y el SARS-CoV-2 aún está por verse.
Las respuestas de las células auxiliares foliculares T (Tfh) son cruciales para el desarrollo de una inmunidad humoral sólida mediante la formación de centros germinales y la provisión de coestimulación (por ejemplo, interacciones CD40-CD40-L) y citocinas (por ejemplo, IL-21) a las células B. Un estudio posmortem de las personas que murieron de COVID-19 encontró una ausencia de centros germinales y una ausencia de células Tfh BCL-6+ , lo que sugiere que la activación inadecuada de la respuesta Tfh es un posible mecanismo para el déficit de la durabilidad de las respuestas de anticuerpos al SARS-CoV-2. Sin embargo, un solo estudio de secuenciación del ARN celular de la respuesta de las células T CD4+ al SARS-CoV-2 encontró una mayor proporción de células Tfh en pacientes con enfermedad grave en comparación con pacientes con enfermedad leve. Los autores reportaron que los grupos de células enriquecidas con células T CD4+ específicas para SARS-CoV-2 expresaron genes canónicos de Tfh (por ejemplo, CXCL13 , IL21 y BTLA ), lo que indica que la infección por SARS-CoV-2 conduce a la producción de células Tfh. Los factores de riesgo para COVID-19 grave también se asocian con un número mayor de células T cooperadoras 17 (Th17) y hay evidencia de que las células Th17 que se acumulan en los pulmones pueden contribuir a la inflamación excesiva observada en COVID-19.
Varios reportes iniciales encontraron una reducción estadística significativa en los recuentos de células T en pacientes con COVID-19, con estudios adicionales que reportan el agotamiento funcional de las células T restantes. Sin embargo, los estudios antes mencionados que examinaron las respuestas inmunes específicas al SARS-CoV-2 no reportaron hallazgos similares, aunque las respuestas de las células T CD4+ son más robustas de manera clara que las respuestas de células T CD8+. De manera posible, las diferencias en el momento del estudio (por ejemplo, durante la enfermedad aguda vs durante la fase de convalecencia), las definiciones variables de enfermedad leve y grave y otros factores contribuyeron a los resultados contradictorios.
Un reporte de Laing y sus colegas buscó identificar un huella inmune en pacientes con COVID-19 que pudiera utilizarse para guiar el tratamiento y la atención clínica. Aparte del desarrollo de respuestas inmunes humorales y mediada por células específicas al SARS-CoV-2, los autores encontraron varias características adicionales que podrían distinguir entre pacientes con COVID-19 y pacientes que se recuperaron de COVID-19 y pacientes controles no expuestos. Estas características en pacientes con COVID-19 incluyeron el aumento de la expresión de IL-6, IL-8, IL-10 y quimiocina 10 motivo CXC; células T que ciclan de manera rápida que expresan marcadores de agotamiento (PD-1 y HAVcr-2); disminución de células αβT y células γδT; disminución en células B CD5+ efectoras naturales, aumento del números de neutrófilos y un cambio en la frecuencia de células dendríticas mieloides CD11+ versus CD11-. Un examen más detenido de estas alteraciones puede proporcionar información sobre la presentación de la enfermedad. Las terapias dirigidas para revertir o minimizar estos cambios (por ejemplo, la supresión de la producción de citocinas inflamatorias) también podría proporcionar un beneficio clínico.
En general, los datos actuales muestran que tanto las respuestas de las células T CD4+ como las de las células T CD8+ ocurren en la mayoría de los pacientes infectados por SARS-CoV-2 dentro de 1 a 2 semanas después del inicio de los síntomas y producen de manera principal citocinas Th1. La frecuencia de células T CD4+ dirigidas a la glucoproteína espícula se correlacionan con títulos neutralizantes de anticuerpos, lo que sugiere que la respuesta de la célula T también puede variar entre individuos con diferente gravedad de la enfermedad. Dos estudios pequeños también sugieren que algunas personas expuestas al SARS-CoV-2 desarrollan respuestas de células T de memoria específicas en ausencia de anticuerpos específicos, lo que indica que la inmunidad celular puede inducirse por el SARS-CoV-2 en ausencia de respuestas inmunes humorales. La contribución de la inmunidad celular a la protección contra el COVID-19 no está clara de manera actual; sin embargo, una respuesta inmune balanceada que consiste en títulos altos de anticuerpos neutralizantes y células T Th1, de manera probable será óptima. El papel de las respuestas de las células T CD8+ en la protección contra COVID-19 tampoco está claro, con alguna evidencia que sugiere que las respuestas de las células T CD8+ son más fuertes en pacientes con enfermedad leve que en pacientes con enfermedad grave. Investigaciones adicionales sobre la respuesta inmune celular al SARS-CoV-2 y a las vacunas contra el COVID-19 son necesarias para probar esta hipótesis. Algunos, pero no todos, de los ensayos fase 1/2 de las vacunas contra el COVID-19 examinaron la inmunidad celular; por lo tanto, esta hipótesis no se puede responder de manera completa.
Vacunas contra el SARS-CoV-2
Las vacunas contra el SARS-CoV-2 que provocan respuestas inmunes protectoras son cruciales para la prevención y la mitigación de la morbilidad y la mortalidad causadas por la infección por SARS-CoV-2. La comprensión actual sugiere que una respuesta inmune humoral y celular equilibrada dirigida por Th1 puede ser importante para la protección del COVID-19 y la evitación enfermedad aumentada por la vacuna. Se encuentran en desarrollo y prueba varias vacunas candidatas, incluidas vacunas de ácidos nucleicos, vacunas de virus inactivados, vacunas vivas atenuadas, vacunas contra proteínas o subunidades de péptidos y vacunas con vectores virales. Cada enfoque tiene ventajas y desventajas, que se revisaron en otro lugar. Todos los candidatos favoritos se administran por vía intramuscular; por lo tanto, se centran en evaluar las respuestas inmunitarias en la sangre en lugar de en las superficies mucosas. El rol de la inmunidad de las mucosas no debe descartarse y varias formulaciones de vacunas intranasales están bajo investigación. Para agosto de 2020, múltiples ensayos clínicos fase 3 de vacunas, cada uno con decenas de miles de participantes, comenzó en varias ubicaciones geográficas (por ejemplo, Estados Unidos, Reino Unido, Emiratos Árabes Unidos, Marruecos, Argentina, Perú, Brasil, Indonesia, Rusia, China y Sudáfrica). Los resultados provisionales de estos ensayos se espera que estén disponibles a finales de 2020 y proporcionarán una primera indicación de la eficacia y la seguridad de las vacunas contra el COVID-19. De manera notable, algunos ensayo fase 3 se diseñaron y potenciaron de manera estadística en torno al resultado primario de prevenir el COVID-19 grave. Este diseño puede ser problemático en términos de un número suficiente de participantes. En EE. UU., la Administración de Alimentos y Medicamentos emitió orientación que establece que una vacuna contra el COVID-19 deberá de proteger al menos a 50% de las personas vacunadas para considerarse eficaz. Además, el establecimiento de la seguridad se limitará en poder estadístico en la mayoría de los ensayos, en particular para eventos adversos poco frecuentes. De manera notable, pocos ensayos incluyen personas menores de 18 años y es probable que se inscriba un número suficiente de personas mayores de 55 años (de manera particular aquellos que viven en situaciones de congregación) y todos los ensayos actuales excluyen a mujeres embarazadas. Se identificaron muchas mutaciones de SARS-CoV-2; por lo tanto, el desarrollo de la vacuna podría obstaculizarse si el virus luego evade la inmunidad a la glucoproteína espícula utilizada para construir la vacuna, el llamado talón de Aquiles de las vacunas para el COVID-19. Ahora se revisan los candidatos a la vacuna de manera actual en ensayos fase 3.
AstraZeneca
La Universidad de Oxford (Oxford, Reino Unido) y AstraZeneca desarrollaron una vacuna de investigación vectorizada al adenovirus de chimpancé (ChAdOx1/AZD1222) que codifica la glucoproteína espícula del SARS-CoV-2. La vacuna mostró tanto inmunogenicidad y eficacia protectora en primates no humanos que reciben un calendario de vacunación de cebado y refuerzo (2.5 × 10¹⁰ partículas virales en cada dosis, con la segunda dosis administrada 28 días después de la primera). Un ensayo de fase 1/2 con 543 personas que recibieron la vacuna AZD1222 probó un esquema primario (5.0 × 10¹⁰ partículas virales) y de inmunización de cebado y refuerzo (2.5 × 10¹⁰ o 5.0 × 10¹⁰ partículas virales). El estudio mostró la inducción de respuestas humorales, caracterizada por IgG antiglucoproteína espícula y anticuerpos neutralizantes y respuestas de las células T e IFNγ en la mayoría de los receptores después de la primera dosis de la vacuna y un aumento adicional en los desenlaces inmunes humorales después de la segunda dosis de la vacuna. Los resultados inmunitarios humorales en los receptores de la vacuna fueron similares a los observados en el plasma convaleciente de pacientes que se recuperaron de COVID-19. Eventos adversos (por ejemplo, dolor y sensibilidad en el sitio de inyección, escalofríos, fatiga, fiebre, dolor de cabeza, malestar, mialgias y náuseas) fueron en su mayoría leves y ocurrieron en gran parte dentro de los 4 a 5 días posteriores a la vacunación. El protocolo de prueba se modificó para incluir el uso profiláctico de paracetamol, que redujo las reacciones locales y sistémicas a la vacuna. El ensayo de fase 1/2 se pausó de manera breve después de que un participante desarrolló síntomas neurológicos, que luego se vincularon a la esclerosis múltiple. Un ensayo grande de fase 3 de la vacuna AZD1222 en la que participan 30000 adultos (20000 receptores de vacuna y 10000 controles) comenzó en agosto de 2020, en múltiples ubicaciones en todo el mundo. El ensayo de fase 3 se detuvo después de que un receptor de la vacuna desarrolló síntomas compatibles con mielitis transversa. Aunque el ensayo del Reino Unido se reanudó poco después de la pausa, a partir del 5 de octubre de 2020, el ensayo en Estados Unidos aún no se reanuda. Esta vacuna requiere refrigeración, lo que podría ser problemático para su uso en países de ingresos bajos.
Moderna
Moderna y los Institutos Nacionales de Salud desarrollaron de manera conjunta una vacuna basada en ARNm (ARNm-1273) que consiste en un ARNm de secuencia optimizada que codifica la glucoproteína espícula encapsulada en nanopartículas lipídicas.
Los estudios en primates no humanos demostraron la inmunogenicidad y la eficacia protectora de la vacuna después de dos dosis (10 μg o 100 μg) administradas con 4 semanas de diferencia. En un ensayo de dosis escalada de fase 1, esta vacuna indujo tanto anticuerpos de unión a la glucoproteína espícula como neutralizantes del virus en receptores de 18 a 55 años. Estas respuestas inmunes humorales fueron similares a las observadas en el plasma convaleciente de pacientes que se recuperaron de COVID-19. Los receptores de la vacuna también desarrollaron respuestas celulares, de manera principal, desviadas hacia las células Th1 CD4+. Las respuestas de las células T CD8+ fueron marginales, excepto en los receptores de dos vacunas con la dosis más alta (100 μg). No se observaron problemas de seguridad importantes con esta vacuna, con efectos secundarios locales y sistémicos leves que incluyeron dolor en el sitio de inyección, escalofríos, fatiga, mialgias y fiebre que aparece a los pocos días de la vacunación. Un ensayo clínico de fase 3 de ARNm-1273 comenzó en agosto de 2020, en los EE.UU (tabla). Este ensayo incluirá adultos de 18 años y mayores con 20,000 receptores de vacunas y 10,000 controles. Un problema potencial para el despliegue de vacunas es que se requiere una temperatura de almacenamiento de -20°C.
Pfizer y BioNtech
Pfizer y BioNtech también desarrollaron una serie de vacunas contra el COVID-19 basadas en ARNm. Los primeros resultados de ensayos fase 1/2 que probaron dos vacunas (BNT162b1 y BNT162b2) en 45 participantes indican que BNT162b1, una vacuna de ARNm, modificada con nucleósidos, formulada con nanopartículas lipídicas, provocó IgG de unión a RBD y anticuerpos neutralizantes, con efectos secundarios en su mayoría leves (por ejemplo, dolor en el sitio de inyección, fatiga, dolor de cabeza, escalofríos, dolor muscular, dolor en las articulaciones). Los participantes de 18 a 55 años, se asignaron al azar para recibir dos dosis intramusculares, separadas por 21 días, de 10 µg, 30 µg o 100 µg de BNT162b1 (administrada en dosis de 0.5 mL y almacenada a -80°C). Una segunda dosis de 100 µg de la vacuna no se administró debido al aumento de la reactogenicidad. Al día 21 después de la primera dosis de vacuna, los títulos geométricos medios de IgG específica a RBD fueron medibles y oscilaron entre 534 U/mL y 1778 U/mL y fueron similares a, o más que, los observados en un panel de suero convaleciente humano. A las 2 semanas de la segunda dosis, títulos geométricos medios de anticuerpos neutralizantes fueron 1.9 veces más altos después de la vacuna de 10 µg dosis y 4.6 veces mayores después de la dosis de vacuna de 30 µg que la media geométrica de los títulos de anticuerpos neutralizantes del panel de convalecientes, lo que sugiere la presencia de maduración por afinidad de anticuerpos. La seguridad y las respuestas inmunes celular y humoral, 2 semanas después de la segunda dosis de vacuna se evaluaron en este ensayo. BNT162b1 y BNT162b2 provocaron títulos medios geométricos de anticuerpos neutralizantes dependientes de la dosis de SARS-CoV-2 similares tanto en participantes menores (18-55 años) como mayores (65-85 años); sin embargo, los individuos vacunados con BNT162b2 tuvieron mayores respuestas de células T CD4+ y CD8+ contra la glucoproteína espícula y RBD que los participantes vacunados con BNT162b1. Debido a que BNT162b2 produjo una mayor amplitud de las respuestas de las células T y tuvo un perfil favorable de seguridad, BNT162b2 fue la vacuna candidata seleccionada para evaluación en ensayos de fase 3. BNT162b2 requiere almacenamiento a -80°C, hecho que pudiera plantear problemas logísticos. Un ensayo de fase 3 de manera aproximada de 44,000 personas (de edades entre 18-85 años) se lleva a cabo ahora en los EE. UU.
Johnson y Johnson
La compañía farmacéutica Janssen de Johnson & Johnson inició un estudio de fase 3 aleatorio, doble ciego, controlado con placebo (en 60000 participantes de 18 años o mayores) de su vacuna de replicación defectuosa Ad26.COV2.S, que expresa una glucoproteína espícula de longitud completa. Los resultados demostraron que una sola inmunización con esta vacuna de adenovirus vectorizada al serotipo 26 (1.0 × 10¹¹ partículas virales por vía intramuscular sin adyuvante) induce respuestas fuertes de anticuerpos neutralizantes y proporciona protección contra el reto de SARS-CoV-2 en macacos rhesus de 6 a 12 años. Esta vacuna candidata, que requiere almacenamiento a 2-8°C, se probó en un ensayo de fase 1/2 con 1045 participantes (de 18 a 55 años y ≥65 años) en EE. UU. y Bélgica. La empresa aún no revela los detalles del perfil de seguridad y la eficacia de la vacuna. El ensayo de fase 3 de esta vacuna comenzó el 23 de septiembre de 2020.
Gamaleya
El Centro Nacional de Investigaciones sobre Epidemiología y Microbiología (Federación de Rusia) publicó los resultados de dos ensayos clínicos de fase 1/2 de su vacuna COVID-19 que consiste en vector recombinante del serotipo 26 del adenovirus (rAd26) y vector recombinante del serotipo 5 del adenovirus (rAd5), ambos portadores del gen para la glucoproteína espícula del SARS-CoV-2 (rAd26-S y rAd5-S). Estas vacunas candidatas (1.0 × 10¹¹ partículas virales por dosis de vacuna) se probaron en 76 individuos sanos de 18 a 60 años (38 participantes en cada estudio). En cada estudio, los pacientes recibieron una sola dosis de la vacuna rAd5-S en la fase 1, una dosis única de la vacuna rAd26-S en fase 1 o tanto rAD5-S como rAd26-S en la fase 2. El primer estudio examinó las formulaciones de la vacuna congelada (0.5 mL por dosis; almacenada a -18°C), y el segundo estudio examinó las formulaciones liofilizadas (1.0 mL por dosis; almacenado a 2-8°C). Las reacciones locales y sistémicas fueron leves y 100% de los receptores en ambos estudios seroconvirtieron, con títulos de RBD ELISA y títulos de anticuerpos neutralizantes iguales o superiores a los títulos observados en plasma convaleciente de pacientes que se recuperaron de COVID-19. Las respuestas inmunes celulares Th CD4+ y CD8+ se detectaron en todos los voluntarios y alcanzaron un pico al día 28 después de la vacunación. El Instituto de Biología en la Academia de Ciencias Médicas Militares anunció la aprobación (en grupos pequeños de población) de su vacuna vectorizada por adenovirus (Sputnik V; antes conocida como Gam-COVID-Vac) el 12 de agosto de 2020, antes de que los estudios clínicos de fase 3 comenzaran. Un ensayo de fase 3 de seguridad y eficacia reclutará 40,000 participantes de diferentes edades y grupos de riesgo. Se plantearon preocupaciones sobre la seguridad y eficacia de la vacuna, dado que la vacuna aún no se probó en ensayos clínicos de fase 3. A causa de estas preocupaciones, verificar la integridad de los datos (incluida la seguridad y datos de eficacia) generados en estos ensayos clínicos de las vacunas del COVID-19 es importante.
CanSino Biologics
CanSino Biologics, con sede en China, desarrollaron una vacuna COVID-19 recombinante de adenovirus vectorizado al serotipo 5 que expresa la glucoproteína espícula de longitud completa del SARS-CoV-2 de la cepa del virus Wuhan-Hu-1. Esta vacuna candidata se probó en un ensayo clínico de fase 1 de 108 adultos sanos de 18 a 60 años. Los participantes recibieron una sola vacuna que consistió en 5.0 × 10¹⁰ partículas virales, 1.0 × 10¹¹ partículas virales, o 1.5 × 10¹¹ partículas virales. Los títulos de anticuerpos neutralizantes aumentaron al menos cuatro veces de la basal en 11 (31%) de 36 participantes en el grupo de dosis media al día 14 y en 18 (50%) al día 28 y en 15 (42%) de 36 participantes en el grupo de dosis alta al día 14 y en 27 (75%) al día 28. Las reacciones adversas incluyeron dolor, enrojecimiento e hinchazón en el lugar de la inyección, fiebre, dolor de cabeza, fatiga y dolor muscular o articular, la mayoría de los cuales fueron leves, transitorios y ocurrieron dentro de 1 semana de la vacunación. CanSino Biologics y el Instituto de Biología en la Academia de Ciencias Médicas Militares anunció la aprobación de su vacuna con vectores del serotipo 5del adenovirus, el 25 de junio de 2020, antes del inicio de los ensayos de fase 3. El ensayo de fase 3 incluye 40,000 participantes de 18 años o más y está en curso en Pakistán y China. Información sobre las condiciones de almacenamiento para esta vacuna aún no se liberan pero es probable que las condiciones de almacenamiento sean similares a las de otras vacunas basadas en vectores de adenovirus y puede involucrar tanto refrigeración como almacenamiento a -20°C.
Sinovac Biotech
Esta vacuna (CoronaVac) es una preparación de virus entero, inactivada de manera química, administrada en régimen de dos dosis (el día 0 y el día 28) y se le concedió una autorización de uso de emergencia por parte de las autoridades chinas en julio de 2020, antes del inicio de los estudios de fase 3. Según se informa, esta autorización resultó en la inmunización con la vacuna a casi 90% de los empleados de la empresa. Ensayos clínicos de fase 1/2, que incluyeron voluntarios sanos de 18 a 59 años, se completaron (por ejemplo, NCT04352608). El ensayo de fase 1 incluyó a 143 participantes. En el ensayo de fase 2, 600 participantes se asignaron de manera aleatoria para recibir, en dos inyecciones intramusculares, ya sea 3 μg por 0.5 mL o 6 μg por 0.5 mL de la vacuna en prueba, o placebo, ya sea en el día 0 y el día 14, o el día 0 y el día 28. No se reportaron eventos adversos graves. La vacuna provocó anticuerpos anti-RBD, medidos por ELISA y anticuerpos neutralizantes 14 días después de la segunda dosis de vacuna en 92.4% de las personas que recibieron la vacuna a los 0 y 14 días, y en 97.4% aquellos que recibieron la vacuna a los 0 y 28 días. De manera importante, las respuestas de anticuerpos neutralizantes fueron mayores de manera significativa en adultos más jóvenes (de 18 a 39 años) que en adultos mayores (de 40 a 59 años) y se observaron respuestas más fuertes en los participantes que recibieron la segunda dosis el día 28 que en aquellos que recibieron la segunda dosis el día 14. No se publicó información con respecto a las mediciones de las respuestas de inmunidad celular a esta vacuna. Se realizó un ensayo de fase 3 en Brasil e Indonesia, el ensayo en Brasil con el objetivo de inscribir a 9,000 miembros del personal sanitario.
Sinopharm
Sinopharm desarrolló y prueba dos vacunas de virus enteros inactivados con adyuvante de alumbre. La primer vacuna candidata (New Crown COVID-19) se desarrolló por el Instituto de Productos Biológicos de Wuhan. Se publicaron los datos de los estudios de fase 1 y 2. El ensayo de fase 1 (n = 96) examinó una serie de tres dosis y el ensayo de fase 2 (n = 224) estudió una dosis de 5 µg en dos grupos de estudio: vacunación el día 0 y el día 14 (n = 84) versus sólo alumbre (n = 28), o vacunación el día 0 y día 21 (n = 84) versus sólo alumbre (n = 28). Este ensayo incluyó adultos de 18 a 59 años. El ensayo de fase 2 no incluyó ningún comparador, como plasma humano convaleciente, pero sí midió los títulos de anticuerpos neutralizantes, que fueron similares de manera general en concentración a aquellos producidos por otras vacunas COVID-19 y fueron más altos en el grupo vacunado los días 0 y 21 (título medio geométrico 247, IC 95% 176-345) que en el grupo vacunado los días 0 y 14 (121, 95-154). Además, los subgrupos de linfocitos y citocinas se midieron mediante citometría de flujo y no mostraron cambios entre los grupos de estudio, lo que sugiere que las respuestas inmunitarias celulares pudieron no generarse. El perfil de seguridad de esta vacuna fue excelente, con reacciones locales y sistémicas en general a la par con las del grupo del estudio sólo con alumbre. Un ensayo clínico de fase 1/2 en personas de 6 años o más también se inició. Comenzó un ensayo clínico de fase 3 en julio de 2020 y planea enlistar a 21,000 participantes en los Emiratos Árabes Unidos, Bahrein, Perú, Marruecos, Argentina y Jordania. A finales de agosto de 2020, los investigadores Sinopharm revelaron que ya comenzaron a administrar la vacuna al personal sanitario y grupos con riesgo alto de infectarse. La segunda vacuna candidata que probó Sinopharm se desarrolló por el Instituto de Beijing de Productos Biológicos. Se lleva a cabo una prueba de fase 3 (n = 5000) en los Emiratos Árabes Unidos. Los Emiratos Árabes Unidos concedieron el uso de emergencia de la vacuna en los proveedores de atención médica. Según los reportes, Sinopharm administró estas vacunas experimentales a cientos de miles de personas en condiciones de uso de emergencia aprobado por el gobierno chino.
Aumento de la enfermedad
La respuesta de los anticuerpos es un componente importante de inmunidad protectora durante la infección por SARS-CoV-2. En la amplificación dependiente de anticuerpos, los anticuerpos heterotípicos (no neutralizantes) pueden tener el potencial de facilitar la entrada viral en las células por medio de interacciones con receptores Fc o del complemento. Incluso en ausencia de replicación viral activa en las células inmunes, este proceso puede conducir a la activación de macrófagos, monocitos y células B y a la producción de IL-6, TNFα e IL-10. Se reportaron casos de amplificación dependiente de anticuerpos inducida por vacunas después del uso de vacunas inactivadas con formalina contra el virus sincitial respiratorio y el sarampión y después del uso de la vacuna contra el virus del dengue. Por lo tanto, se plantearon preocupaciones sobre el potencial de la amplificación dependiente de anticuerpos en individuos infectados con SARS-CoV-2 después de la vacunación con un vacuna candidata de COVID-19. El riesgo potencial de la amplificación dependiente de anticuerpos mediada por receptores Fc puede aumentar con mutaciones en la glucoproteína espícula del SARS-CoV-2, que puede debilitar la respuesta primaria de anticuerpos del hospedador. La infección de monocitos, macrófagos y células B puede ocurrir en numerosos tejidos como resultado de complejos virus-anticuerpo inestables subsecuentes, lo que conduce a una apoptosis extensa de las células inmunitarias y a la producción de citocinas inflamatorias. Hay evidencia de enfermedad amplificada por la vacuna después de la administración de la vacuna del SARS-CoV-1 en modelos animales retados de manera subsecuente.
Yang y colegas, hipotetizaron que el mecanismo molecular de amplificación puede involucrar la interacción de anticuerpos con epítopos conformacionales en el dominio de unión a ACE2. Un estudio de infección dependiente de anticuerpos por el SARS-CoV-1 en macrófagos humanos demostró el papel de la IgG antiglucoproteína espícula en la infección de células inmunes y que la amplificación dependiente de anticuerpos se desencadena por vías de transmisión de señales de etapas posteriores de los receptores FcγRII. A pesar de que la exposición previa al SARS-CoV-2 puede tener un papel en la amplificación dependiente de anticuerpos, las vacunas candidatas del SARS-CoV-2 administradas a animales pequeños y a primates no humanos, produjeron protección mediada por anticuerpos sin signos de lesión pulmonar aguda e inmunopatología, al igual que lo visto después de la vacunación contra el SARS-CoV-1 en modelos animales. La amplificación dependiente de anticuerpos plantea una obstáculo teórico para el desarrollo de vacunas y se evalúa con cautela. El grado en que los anticuerpos preexistentes al SARS-CoV-2 (y de manera potencial al SARS-CoV-1) pueden contribuir a la amplificación dependiente de anticuerpos y a la gravedad de la enfermedad permanece en duda; sin embargo, no se encontró evidencia de la amplificación dependiente de anticuerpos en modelos animales o en humanos en ensayos clínicos de fase 3.
Conclusiones
Queda mucho por aprender sobre la inmunidad del coronavirus en general y la inmunidad al SARS-CoV-2 en particular, incluida la inmunidad protectora inducida por vacunas y el mantenimiento de la inmunidad contra este virus. Además, es probable que varios tipos de vacunas se necesiten en diferentes poblaciones (por ejemplo, bebés inmaduros, niños, mujeres embarazadas, individuos inmunocomprometidos e individuos inmunosenescentes ≥65 años). Además de la respuesta inmune adaptativa, hay algunos datos que sugieren que la inmunidad innata entrenada también puede tener un papel en la protección contra el COVID-19.
Múltiples ensayos clínicos (por ejemplo, NCT04327206, NCT04328441, NCT04414267 y NCT04417335) examinan si vacunas no relacionadas, como la vacuna contra el sarampión, parotiditis, rubéola y la vacuna Bacillus Calmette-Guérin, pueden provocar inmunidad innata entrenada y conferir protección contra COVID-19. Es fundamental que la investigación se centre en comprender los impulsores genéticos de la infección y la inmunidad humoral y celular inducida la vacuna del SARS-CoV-2, definir objetivos detallados de las respuestas de inmunidad humoral y celular a nivel del epítopo, caracterización del repertorio de los receptores de célula B y de células T provocados por infección o vacunación y establecer la durabilidad a largo plazo y el mantenimiento de la inmunidad protectora después de la infección o la vacunación. Una vía reguladora de seguridad que conduzca a la concesión de licencias también se debe definir para el uso de estas vacunas en niños, mujeres embarazadas, personas inmunocomprometidas y residentes en hogares de ancianos. Algunos piden mayor acortamiento del proceso de desarrollo de la vacuna mediante el uso de modelos controlados de reto humano. Al 5 de octubre de 2020, no se realizaron tales estudios, pero el Reino Unido considera iniciar tales ensayos a principios de 2021.
REVIEW| VOLUME 396, ISSUE 10262, P1595-1606, NOVEMBER 14, 2020
SARS-CoV-2 immunity: review and applications to phase 3 vaccine candidates
Gregory A Poland, MD † Inna G Ovsyannikova, PhD † Richard B Kennedy, PhD †
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC
Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL
Monterrey, México
Dra. Med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. Rosalaura Virginia Villarreal González Profesor
Dra. Alejandra Canel Paredes Residente 1er Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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