La proteina Spike, una glicoproteina fondamentale nella struttura del virus SARS-CoV-2, ha suscitato grande interesse scientifico per il suo ruolo nelle infezioni e nei processi infiammatori. Approfondiamo insieme la sua composizione, le funzioni, e i suoi effetti sulla salute umana.
Che cos'è la proteina Spike?
I membri della famiglia del coronavirus hanno protuberanze acuminate che sporgono dalla superficie delle loro buste esterne. Quelle protuberanze sono conosciute come proteine spike. Sono in realtà glicoproteine. Ciò significa che contengono un carboidrato (come una molecola di zucchero). Le proteine appuntite sono ciò che danno il nome ai virus. Esempi di coronavirus includono quelli che causano la sindrome respiratoria acuta grave (SARS) e la sindrome respiratoria mediorientale (MERS).
La proteina Spike è una glicoproteina composta da due subunità, S1 e S2, unite da un ponte di-solfuro. Si tratta di un componente chiave del virus SARS-CoV-2, con diverse caratteristiche che ne determinano la pericolosità:
- Antigene di superficie: È la "carta d'identità" del virus, essenziale per il riconoscimento da parte del sistema immunitario.
- Receptor Binding Domain (RBD): Questa regione, presente sulla subunità S1, funge da chiave di accesso per permettere al virus di infettare le cellule umane.
- Neurotossina: La Spike ha affinità con il tessuto nervoso, causando processi infiammatori patogenetici a carico dei nervi e del sistema nervoso.
Struttura della proteina Spike da SARS-CoV-2
La proteina Spike decora la superficie del virus formando delle protuberanze caratteristiche (facendolo sembrare una corona - da cui il nome “Coronavirus”).
Due catene sono rappresentate tramite la superficie molecolare che evidenzia la forma generale della molecola. La catena S1 è colorata in verde, con in rosso la porzione che serve ad interagire con il recettore ACE2 per infettare le cellule. La catena S2, che contiene la parte della molecola necessaria per l’ingresso del virus nella cellula, è colorata in giallo.
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La subunità S1 della proteina spike di SARS-CoV-2 è una regione molto flessibile e contiene il meccanismo chiamato RBD (dall’inglese receptor-binding domain, “dominio che lega il recettore”), attraverso il quale il virus è in grado di riconoscere e legare il recettore ACE2, che è la porta di ingresso del virus nelle cellule del nostro organismo. La subunità S2 contiene una piccola regione chiamata FP, che è “l’ago” attraverso il quale il virus riesce a penetrare nella cellula bersaglio.Una volta che la subunità S1 della proteina Spike ha legato il recettore ACE2 sulla cellula bersaglio, la subunità S2 cambia forma e “conficca” la regione FP nella membrana della cellula ospite, dando inizio al processo di invasione.
Come funziona la proteina Spike?
Le loro proteine a punta funzionano un po’ come grimaldelli che cambiano forma. Possono cambiare forma per interagire con una proteina sulla superficie delle cellule umane. Quelle proteine spike attaccano il virus a una cellula. Il 19 febbraio 2020, i ricercatori hanno descritto la struttura 3-D della proteina spike sul nuovo coronavirus dietro la pandemia globale del 2020 . Ciò ha confermato che anche la proteina spike del nuovo virus è un mutaforma. Inoltre, si aggrappa al suo bersaglio sulle cellule umane da 10 a 20 volte più strettamente di quanto fa la proteina spike della SARS allo stesso bersaglio.
La Spike attiva una serie di processi fisiopatologici che hanno implicazioni cliniche significative.
1. Attivazione della cascata coagulativa
La Spike si comporta come un fattore estrinseco della coagulazione, provocando:
- Trombosi e fenomeni tromboembolici.
- Coinvolgimento dei vasi del microcircolo, come i vasa vasorum e i vasa nervorum, con possibili conseguenze gravi, tra cui:
- Paralisi del nervo ipoglosso (deviazione della lingua).
- Paralisi del nervo vago (arresto cardiaco).
- Tromboembolia polmonare.
- Microischemie encefaliche.
- Sciatalgie.
2. Altre implicazioni cliniche
- pancreatite, diabete, epatiti, encefaliti e vasculiti (manifestazioni cutanee come porpora e petecchie).
3. Rilevazione tramite test diagnostici
IgG e IgM, rilevabili attraverso test diagnostici specifici. Questi test permettono di identificare la presenza della proteina Spike, sia come antigene di superficie virale durante l’infezione da SARS-CoV-2, sia come prodotto di stimolazione delle cellule in seguito alla vaccinazione con mRNA.
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Proteina Spike e Long COVID
L'ormai famigerata condizione del long COVID si presenta con un'ampia gamma di sintomi, dai dolori toracici persistenti alle eruzioni cutanee, dai formicolii alla nebbia cerebrale. In un articolo non ancora sottoposto a peer review ma caricato sul server di preprint medRxiv nel mese di giugno, gli autori hanno riferito di aver rilevato un frammento di SARS-CoV-2 in campioni di sangue di persone affette da long COVID fino a un anno dopo l'infezione iniziale. Il frammento è una proteina spike, una delle protuberanze di SARS-CoV-2 che conferiscono a questo virus il caratteristico aspetto a corona da cui deriva il suo nome.
La proteina spike intatta trovata nel sangue dei pazienti potrebbe indicare che la colpa del long COVID è delle cellule infette non individuate dal sistema immunitario.
"Normalmente, una volta eliminata l'infezione, non si dovrebbe vedere la proteina spike, perché tutti gli anticorpi prodotti eliminerebbero tutto ciò che entra nel flusso sanguigno", spiega Swank. Invece, suggerisce la ricercatrice, tessuti come quelli dell'intestino e del cervello potrebbero essere un rifugio per SARS-CoV-2 all'interno dell'organismo, impedendo ai pazienti con long COVID di eliminare completamente l’infezione e fungendo da fonte di proteine spike.
"Forse il virus può persistere lì, eludendo in qualche modo il sistema immunitario. Questa ipotesi è in linea con altre prove del fatto che il COVID colpisce più parti del corpo, non i soli polmoni: tre studi hanno trovato SARS-CoV-2 negli organi di pazienti deceduti.
"La presenza di proteine virali circolanti può essere utile per identificare quale sottogruppo di pazienti affetti da long COVID possa avere un'eziologia virale persistente" - la versione del long COVID causato dalla presenza continua di SARS-CoV-2 nell'organismo - afferma Akiko Iwasaki, immunologa alla Yale University, che non ha partecipato allo studio.
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Proteina Spike e Vaccini
SARS-CoV-2 è stato spesso rappresentato come un riccio ricoperto di aculei, le proteine spike, appunto, che si legano alle cellule attraverso un recettore presente sulla membrana di queste ultime, chiamato ACE2. Il lavoro pubblicato su Circulation Research mostra che il danno alle superfici interne dei vasi sanguigni, dette endoteli, può essere provocato da questa proteina da sola, anche senza il materiale genetico necessario per infettare le cellule. Ma sottolinea anche che, perché questo fenomeno avvenga, è indispensabile l’interazione tra la proteina spike e il suo recettore ACE2. Non è insomma un danno meccanico, come si potrebbe superficialmente pensare guardando le immagini in cui il virus scorre nel sangue con tutte le sue punte esposte.
Questo studio, mal interpretato da qualcuno, ha fatto pensare che attraverso lo stesso processo anche i vaccini potessero provocare danni ai tessuti. Se però i vaccini spingono le cellule a produrre la proteina spike, ed è questa la componente del virus che provoca i danni più gravi, questi prodotti non saranno pericolosi? Facendo produrre la proteina spike con le istruzioni portate da un vaccino a mRNA o a vettore adenovirale, non rischiamo di innescare le stesse reazioni?
Prima di tutto, è importante capire la differenza tra l’infezione naturale e la vaccinazione. Nel primo caso, il virus entra nell’organismo tramite le vie aeree e infetta le cellule che le rivestono: si moltiplica al loro interno fino a romperle per andare a infettare altre cellule e via via raggiunge in enormi quantità il circolo sanguigno e si distribuisce potenzialmente in tutto il corpo. I vaccini, invece, sono somministrati nel muscolo deltoide proprio perché questa posizione permette di evitare facilmente arterie e vene. La maggior parte del prodotto fluirà attraverso le vie linfatiche fino ai linfonodi, dove cellule specializzate presenteranno la spike codificata dai vaccini adenovirali o a mRNA alle cellule deputate a innescare la risposta immunitaria; una certa quota invece entrerà nelle cellule muscolari, che a loro volta produrranno la proteina come da istruzioni contenute nel vaccino e la esporranno ancorata nella loro membrana.
In realtà, recentemente, usando un metodo molto sensibile, alcuni ricercatori sono riusciti per la prima volta a identificare la proteina spike e la sua componente S1 nel sangue di 13 soggetti che avevano ricevuto la prima dose del prodotto di Moderna. Dopo 14 giorni, quando la risposta immunitaria è stata evocata, anche queste tracce sono sparite, così come non compaiono più dopo la seconda dose.
Anche questa è una grossa differenza con l’infezione naturale, in cui spesso è più difficile per le difese dell’organismo eliminare rapidamente l’enorme quantità di particelle virali in circolo. Gli studi per l’autorizzazione del vaccino di Pfizer da parte di EMA mostrano che il 99% del vaccino resta nel sito di iniezione.
“È possibile naturalmente che in piccola quantità riesca a entrare nel circolo sanguigno, ma qualsiasi cellula riceva le istruzioni di produrre la spike, la esporrà sempre sulla sua superficie, non la riverserà nel sangue” spiega Lowe. Tutto quel che arriva al fegato, poi, viene degradato e distrutto.
Infine, mentre la risposta naturale all’infezione prevede la produzione di moltissimi anticorpi, alcuni dei quali possono avere affinità con componenti dell’organismo, provocando le reazioni autoimmuni che potrebbero essere alla base delle forme croniche di Covid-19 (la cosiddetta “long covid”), gli anticorpi prodotti in seguito alla vaccinazione sono diretti in maniera specifica contro spike e sono quindi una gamma molto più ristretta, che ha meno probabilità di sbagliare bersaglio e colpire l’organismo.
In sintesi, la proteina Spike rappresenta una sostanza estranea e potenzialmente dannosa per il corpo umano.