Endothelial Dysfunction in COVID-19: Lessons Learned from Coronaviruses

Abstract

Purpose of Review To review current literature on endothelial dysfunction with previous coronaviruses, and present available data on the role of endothelial dysfunction in coronavirus disease-2019 (COVID-19) infection in terms of pathophysiology and clinical phenotype Recent Findings Recent evidence suggests that signs and symptoms of severe COVID-19 infection resemble the clinical phenotype of endothelial dysfunction, implicating mutual pathophysiological pathways. Dysfunction of endothelial cells is believed to mediate a variety of viral infections, including those caused by previous coronaviruses. Experience from previous coronaviruses has triggered hypotheses on the role of endothelial dysfunction in the pathophysiology of SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2), which are currently being tested in preclinical and clinical studies. Summary Endothelial dysfunction is the common denominator of multiple clinical aspects of severe COVID-19 infection that have been problematic for treating physicians. Given the global impact of this pandemic, better understanding of the pathophysiology could significantly affect management of patients.

SARS-CoV-2 and endothelial cell interaction in COVID-19: molecular perspectives

“…Endothelial dysfunction represents the hallmark of many cardiovascular and metabolic diseases, such as hypertension, chronic heart failure, atherosclerosis, diabetes, obesity, as well as chronic inflammatory and autoimmune diseases ( 65 ). Dysfunctions of vascular endothelium have also been reported in many viral infections (Influenza A, hemorrhagic viruses, SARS-CoV, Middle East Respiratory Syndrome/MERS-CoV) as well as in SARS-CoV-2 ( 66 , 67 , 68 ). In fact, viruses can directly (or indirectly by the immune response) damage the vascular endothelium inducing its excessive activation.…”

Takotsubo Syndrome Presenting as Cardiogenic Shock in Patients With COVID-19: A Case Series and Review of Current Literature

“…COVID-19 has been associated with increased systemic inflammation leading to cytokine storm and may account for myocardial edema that has been noted in TTS patients [ 13 , 14 ]. This may also result in significant disruption of vascular endothelium, which can lead to microvascular dysfunction and microinfarction [ 15 ].…”

Endothel, vaskuläre Funktion und COVID-19

“…In der Reaktion bilden sich reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie Peroxynitrit (ONOO − ), welche zur Schädigung von Zellbestandteilen und DNA führen können sowie zur Inaktivierung von NO und der eNOS (= eNOS-Entkopplung) [49]. Diese Dysbalance wird als wesentliches Kennzeichen einer vaskulären Dysfunktion gesehen [50] und führt zu proinflammatorischen, proatherosklerotischen sowie prothrombotischen Prozessen und zum Progress von kardiovaskulären Erkrankungen, insbesondere bei schweren Infektionen wie auch einer COVID-19-Erkrankung [41]. Die häufig begleitende Myokardschädigung bei einer SARS-CoV-2-Infektion kann ähnlich wie beispielsweise bei Influenzaviren über eine vaskuläre Dysfunktion erklärt werden [51,52].…”

“…Diese Erkenntnisse unterstützen die Hypothese, dass die Infektion von Endothelzellen mit SARS-CoV-2 über eine Endotheliitis selbst zu den weitreichenden systemischen Veränderungen führen kann [43]. Dies würde einen Erklärungsansatz für die ausgeprägte systemische mikrovaskuläre Störung bei schweren Infektionen mit SARS-CoV-2 liefern [43], bei denen neben der schweren Lungenbeteiligung auch die Hyperzytokinämie, Hyperkoagulation, Gewebehypoxie und Thromboseneigung als Folge der endothelialen Infektion für das klinische Outcome von maßgeblicher Bedeutung sind [40,41]. Zwischenzeitlich wurde jedoch Kritik an der Arbeit von Varga u. Mitarb.…”

“…Die Arbeitsgruppe für Atherosklerose und vaskuläre Biologie der europäischen Gesellschaft für Kardiologie [59] hat Empfehlungen für weitere Untersuchungen bezüglich der vaskulären Dysfunktion und COVID-19-Patienten ausgesprochen, bei denen endotheliale Biomarker sowie die vaskuläre Funktion, beispielsweise sonografisch mit der flussabhängigen Vasodilatation (flowmediated vasodilation, FMD) [60] und Messung der arteriellen Steifigkeit, überwacht werden sollten [59]. Die FMD kann auch als prognostische Untersuchung zur Evaluation der vaskulären Funktion bei und nach durchgemachter SARS-CoV-2-Infektion von Nutzen sein [41,59]. Yoganandamoorthy u. Mitarb.…”