Adenosina trifosfato (ATP) é uma molécula predominantemente intracelular que pode ser liberada para o meio extracelular durante ativação, estresse tecidual ou dano celular. O ATP extracelular pode ser rapidamente convertido em adenosina pela ação de ectonucleotidases, como CD39 e CD73 que são expressas na membrana de algumas células. A adenosina, por sua vez, pode induzir respostas anti-inflamatórias, participando ativamente da regulação de respostas imunes. O objetivo desse trabalho foi avaliar a participação do eixo ATP-adenosina na patologia da infecção pelo SARS-CoV-2, causador da COVID-19. Essa infecção pode induzir uma série de alterações imunológicas, incluindo o aumento da produção de citocinas pró-inflamatórias, fenômeno conhecido como cytokine storm. Foram analisadas amostras de 88 pacientes com COVID-19 não vacinados e hospitalizados no Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP), sendo 44 com sintomas moderados e 44 com doença grave. O grupo controle, composto por indivíduos saudáveis, não vacinados e sem sintomatologia da infecção pulmonar, foi utilizado para comparação. A análise dos achados laboratoriais indicou que marcadores inflamatórios sanguíneos como, proteína C reativa e D-dímero, bem como, a razão N/L estão elevados em pacientes com COVID-19 grave. Também foi verificado que a expressão gênica das nucleotidases ENPP1, ENPP2, ENPP3 e NT5E (CD73), que participam da conversão de ATP em adenosina, está diminuída no sangue periférico de pacientes com COVID-19 grave. Interessantemente a menor expressão dessas enzimas está negativamente correlacionada aos marcadores inflamatórios da doença. Sustentando esses achados, pacientes com COVID-19 mostram maiores concentrações plasmáticas de ATP e menores de adenosina comparados com controles saudáveis. Análises de populações celulares específicas revelaram maior frequência de células T CD39+ em pacientes graves, e redução de células T CD4+ e CD8+ que expressam CD73. A frequência de células B CD39+CD73+ também está diminuída na infecção aguda. Interessantemente, células B de pacientes com COVID-19 foram menos eficazes em hidrolisar ATP em adenosina. Adicionalmente, há uma menor expressão de receptores de adenosina e um comprometimento da ativação da via de sinalização em pacientes infectados. A adição de adenosina in vitro, porém, suprimiu respostas inflamatórias em células de pacientes. Em resumo, esses achados sustentam a hipótese de que alterações no metabolismo de purinas extracelulares contribui com a desregulação imune durante a COVID-19, possivelmente favorecendo a gravidade da doença. A modulação de vias envolvendo a sinalização de adenosina pode representar uma estratégia terapêutica para a infecção aguda por SARS-CoV-2.

Adenosine triphosphate (ATP) is a mostly intracellular molecule that can be released to the extracellular medium upon cellular activation, tissue stress, and cellular damage. Extracellular ATP can be converted into adenosine by ectonucleotidases, such as CD39 and CD73 expressed in the cellular membrane. Adenosine, on the other side, can drive anti-inflammatory responses, actively participating in immunoregulation processes. The aim of this study was to evaluate the contribution of the ATP-adenosine axis in the pathogenesis of SARS-CoV-2 infection that causes COVID-19. This infection can trigger alterations in the immune response, including excessive production of pro-inflammatory cytokines, known as cytokine storm. We analyzed samples from 88 COVID-19 patients unvaccinated and hospitalized at the Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP), of which 44 had moderate symptoms and 44 had the severe form of the disease. The control group consisted of healthy, unvaccinated donors with no lung infection-associated symptoms. Analysis of laboratory findings indicates that inflammatory markers in the blood, such as C-reactive protein and D-dimer, as well as the N/L ratio are increased in patients with severe COVID-19. It was also verified that the gene expression of the nucleotidases ENPP1, ENPP2, ENPP3 and NT5E (CD73), involved in the hydrolysis of ATP into adenosine is reduced in the whole blood of patients with severe COVID-19. Interestingly, the lower expression of these enzymes is negatively correlated to inflammatory markers of the disease. In line with these findings, COVID-19 patients present higher ATP levels in plasma and reduced levels of adenosine when compared to healthy controls. Cell type-specific analysis revealed higher frequencies of CD39+ T cells in severely ill patients, while CD4+ and CD8+ expressing CD73 are reduced in this same group. The frequency of B cells CD39+CD73+ is also decreased during acute COVID-19. Interestingly, B cells from COVID-19 patients showed a reduced capacity to hydrolyze ATP into adenosine. Furthermore, impaired expression of adenosine receptors and a compromised activation of its signaling pathway is observed in COVID-19 patients. The presence of adenosine in vitro, suppressed inflammatory responses triggered in patients cells. In summary, our findings support the hypothesis that alterations in the metabolism of extracellular purines contribute to immune dysregulation during COVID-19, possibly favoring disease severity. The modulation of adenosine-related signaling pathways might be a therapeutic approach for acute infection with SARS-CoV-2.