Функционално изтощение на антивирусните лимфоцити при пациенти с COVID-19

Изтоник: https://www.nature.com/articles/s41423-020-0402-2

Превод: Елица П. Иванова

Meijuan Zheng1, Yong Gao2, Gang Wang1, Guobin Song1, Siyu Liu1, Dandan Sun1, Yuanhong Xu1 и Zhigang Tian3,41Department of Clinical Laboratory, First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei, Anhui, China; 2Department of Clinical Laboratory, Fuyang Second People’s Hospital, Fuyang Infectious Disease Clinical College, Anhui Medical University, Fuyang, Anhui, China; 3Division of Molecular Medicine, Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale, the CAS Key Laboratory of Innate Immunity and Chronic Disease, School of Life Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, China and 4Institute of Immunology, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, China

За кореспонденция: Meijuan Zheng (mjzheng@mail.ustc.edu.cn) или Yuanhong Xu (xyhong1964@163.com) или Zhigang Tian (tzg@ustc.edu.cn)

Cellular & Molecular Immunology (2020); https://doi.org/10.1038/s41423-020-0402-2

През декември 2019 г. в Ухан, Китай, за първи път е съобщено за нов коронавирус.1 Той е наименован от Световната здравна организация като тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2) и е отговорен за коронавирусната болест 2019 (COVID-19). До 28 февруари 2020 г. 79 394 случая са потвърдени според Китайската национална здравна комисия. Извън Китай вирусът се разпространява бързо в над 36 страни и територии.

Цитотоксичните лимфоцити като цитотоксични Т-лимфоцити (CTLs) и клетки естествени убийци (NK) са необходими за контрола при вирусна инфекция, а функционалното изтощение на цитотоксичните лимфоцити е свързано с прогресирането на заболяването.2 Въпреки това, въпросът дали цитотоксичните лимфоцити при пациенти, заразени със SARS-CoV-2, са функционално изтощени, не е обсъден.

В настоящото изследване показваме, че общият брой на NK и CD8+ Т-клетките намалява значително при пациенти със SARS-CoV-2 инфекция. Функционалността на NK и CD8+ Т-клетките се изтощава едновременно с повишената експресия на NKG2A при пациенти с COVID-19. Важно е да се отбележи, че при пациенти, възстановяващи се след терапия, броят на NK и CD8+ Т-клетките се възстановява с намалена експресия на NKG2A. Тези резултати предполагат, че функционалното изтощение на цитотоксичните лимфоцити е свързано с инфекцията със SRAS-CoV-2. Следователно инфекцията със SARS-CoV-2 може да разруши антивирусния имунитет на ранен етап.

SARS-CoV-2 е идентифициран като род β-коронавирус и споделя 79,5% хомология на последователността с SARS-CoV.3 В нашата кохорта от 68 пациента с COVID-19, приети в Първата партнираща болница (Хефей) и Болница Фуянг (Фуянг), и двете част от Медицинския университет на Анхуей в Китай, имаше 55 случая на леко заболяване (ЛЗ) и 13 случая на тежко заболяване (ТЗ). Пациентите бяха на възраст 11–84 години, а средната възраст на пациентите беше 47,13 години. Процентът на мъжете пациенти беше 52,94%. В съответствие с предишните изследвания, много пациенти имаха температура (80,88%), кашлица (73,53%) и секрет (32,36%) при приемане. Разпространението на други симптоми (например главоболие, диария) беше сравнително ниско (Допълнителна таблица 1). Клиничните особености на пациентите, заразени със SARS-CoV-2, съответстват на тези, докладвани от Chen и колеги.4

При приемане на пациентите броят на неутрофилите беше забележително по-висок при пациентите с ТЗ, отколкото при случаите с ЛЗ, докато броят на лимфоцитите беше значително по-нисък при случаите с ТЗ, отколкото при случаите с ЛЗ. Концентрацията на общия билирубин, D-димер и лактат дехидрогеназа в кръвта беше по-висока при пациентите с ТЗ, отколкото при пациентите с ЛЗ. Нивата на аланин аминотрансфераза и аспартат аминотрансфераза бяха малко по-високи при случаите с ТЗ, отколкото при случаите с ЛЗ. Нивата на албумин и хемоглобин бяха по-ниски при пациентите с ТЗ, отколкото при пациентите с ЛЗ (Допълнителна таблица 2). По-специално броят на Т-клетките и CD8+ Т-клетките беше намален значително при пациентите с ЛЗ и ТЗ в сравнение с този при здрави контроли (ЗК). Броят на Т-клетките и CD8+ Т-клетките беше значително по-нисък при пациентите с ТЗ, отколкото този при случаите с ЛЗ. Броят на NK клетките беше забележимо по-нисък при пациентите с ТЗ в сравнение с този при случаите с ЛЗ и ЗК (Фиг. 1а). Като инхибиторен рецептор е доказано, че NKG2A предизвиква изтощение на NK клетки при хронични вирусни инфекции.5 По-специално, експресията на NKG2A върху NK и CD8+ Т-клетките води до функционално изтощение на NK и CD8+ Т клетките.6 При пациенти, инфектирани със SARS-CoV- 2, експресията на NKG2A беше повишена значително върху NK и CD8+ Т-клетките в сравнение с тази при ЗК (Фиг. 1b). На следващо място, за да се идентифицира ролята на NKG2A върху функцията на NK и CD8+-Т клетките, бяха измерени нивата на CD107a, интерферон (IFN)-γ, интерлевкин (IL)-2, гранзим В и тумор некрозис фактор (TNF)-α чрез оцветяване на вътреклетъчни цитокини. Бяха установени по-ниски проценти на CD107a+ NK, IFN-γ+ NK, IL-2+ NK и TNF-α+ NK клетки и среден интензитет на флуоресценция (MFI) на гранзим B+ NK клетки при пациенти с COVID-19, отколкото тези в ЗК. В съответствие с тези заключения пациентите с COVID-19 също показаха намалени проценти на CD107a+ CD8+, IFN-γ+CD8+ и IL-2+CD8+ T-клетки и MFI на гранзим B+CD8+T-клетки, в сравнение с тези при ЗК (Фиг. 1с). Тези резултати взети заедно предполагат функционалното изтощение на цитотоксичните лимфоцити при пациенти с COVID-19. Следователно, SARS-CoV-2 може да разруши антивирусния имунитет на ранен етап.

В нашия случай на ~94,12% от пациентите беше назначена антивирусна терапия (Kaletra®). Хлорохин фосфатът беше използван при 7,35% от пациентите, а делът на пациентите, лекувани с IFN, беше 64,71%. В допълнение 48,53% от пациентите получиха антибиотично лечение (Допълнителна таблица 3). Проведено беше сравнение на общия брой цитотоксични лимфоцити (включително CTLs и NK клетки) след провеждането на терапията. Общият брой на Т-клетките и NK клетките, възстановени през периода на възстановяване при четирима от първите пациенти, и общият брой на CTLs беше възстановен през периода на възстановяване при трима от първите пациенти (Фиг. 1d). Следователно, ефикасната терапия се придружава от увеличен брой Т-клетки, CTLs и NK клетки. Важно е, че процентът на NKG2A+NK клетките беше намален през периода на възстановяване в сравнение с този преди лечението при пет пациента. По същия начин при пет пациента беше наблюдаван понижен процент NKG2A+ CTLs в периода на възстановяване (Фиг. 1е).

Фиг. 1 NKG2A+ цитотоксични лимфоцити са функционално изтощени при пациенти с COVID-19. a Абсолютен брой Т клетки, CD8+ Т-клетки и NK клетки в периферната кръв на здрави контроли (n = 25) и пациенти с лека (n = 55) и тежка (n = 13) инфекция със SARS-CoV-2. b Проценти на NKG2A+ NK клетки и NKG2A+CD8+ T клетки в периферната кръв на здрави контроли (n = 25) и пациенти, заразени със SARS-CoV-2 (n = 68). c Експресия на вътреклетъчен CD107a, IFN-γ, IL-2 и гранзим-В в гейтирани NK клетки и CD8+ Т клетки и процент на TNF-α+NK клетки в периферната кръв на пациенти, заразени със SARS-CoV-2 и здрави контроли. d Общ брой на Т клетки, CTL и NK клетки в периферната кръв на пациенти с COVID-19 и възстановяващи се пациенти. e Проценти на NKG2A+ NK клетки и NKG2A+ CTL в периферната кръв на пациенти с COVID-19 и възстановяващи се пациенти. Данните са средно ± SEM. Проведени са параметрични t тестове (на Стюдънт) за свързани и несвързани извадки. p <0,05 се счита за значимо. * p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001, **** p <0,0001; N.S., незначимо

Тези заключения предполагат, че понижената регулация на експресията на NKG2A може да корелира с контрола на заболяването при пациенти с COVID-19.

Показахме, че експресията на NKG2A беше повишено регулирана върху NK клетките и CTLs при пациенти с COVID-19 с намалена способност да продуцират CD107a, IFN-γ, IL-2, гранзим B и TNF-α. Също така процентът на NKG2A+ цитотоксичните лимфоцити беше намален при излекувани пациенти, заразени със SARS-CoV-2, което категорично предполага, че експресията на NKG2A може да бъде свързана с функционалното изтощение на цитотоксичните лимфоцити и прогресирането на заболяването в ранния стадий на COVID-19. Въпреки че изтощението на Т и NK клетките настъпва при хронична инфекция и туморогенеза при хора, Т-клетъчната апоптоза (която се счита за механизъм на гостоприемника с хронична инфекция и рак) се появява и при инфекция на SARS-CoV.7 Така изтощените NKG2A+ цитотоксични лимфоцити могат да присъстват при пациенти с COVID-19. По отношение на нашето заключение, че процентът на NKG2A+ цитотоксичните лимфоцити е намален след антивирусна терапия при пациенти с COVID-19, ефикасният контрол на инфекцията SARS-CoV-2 е свързан с намаляване на експресията на NKG2A върху цитотоксичните лимфоцити. Следователно, при пациенти с COVID-19 с тежко белодробно възпаление, експресията на SARS-CoV-2 NKG2A може да бъде свързана с функционалното изтощение на цитотоксичните лимфоцити в ранен стадий, което може да доведе до прогресиране на заболяването. Освен това, имунните инхибиторни рецептори в контролния пункт, които водят до изчерпване на NK и Т-клетки, са демонстрирани при хронична инфекция и рак. Важно е, че инхибиторите на контролните пунктове като анти-PD-1 и анти-TIGIT помагат да се активизират изтощените отговори на Т- или NK клетките в контекста на хронична инфекция и рак.8,9 Смята се, че NKG2A е нова инхибиторна молекула на имунната блокада контролния пункт.10 Тези данни взети заедно подчертават значението на подобряването на имунния отговор на NK клетките и CTLs и избягването на изтощаването на цитотоксичните лимфоцити в ранния стадий на SARS-CoV-2 инфекция. Следователно, насочването към NKG2A може да предотврати функционалното изчерпване на цитотоксичните лимфоцити и съответно да допринесе за елиминиране на вируса в ранния стадий на инфекция с SRAS-CoV-2.

Допълнителна таблица 1 – Характеристики на пациенти, заразени със SARS-CoV-2

  Всички пациенти (n=68) Леки случаи (n=55) Тежки случаи (n=13)

Възраст Мъже
Жени Температура Кашлица Секрет Главоболие Диария Излагане на случай от Ухан
47.13(11-84)   36/68(52.94%) 32/68(47.06%) 55/68(80.88%) 50/68(73.53%) 22/68(32.36%) 8/68(11.76%) 3/68(4.41%) 12/68(17.65%) 43.93(11-84)   26/55(47.27%) 29/55(52.73%) 42/55(76.36%) 41/55(74.55%) 16/55(29.09%) 8/55(14.55%) 2/55(3.64%) 9/55(16.36%) 60.69(59-82)   10/13(76.92%) 3/13(23.08%) 13/13(100%) 9/13(69.23%) 6/13(46.15%) 0/13(0%) 1/13(7.69%) 3/13(20.08%)

Допълнителна таблица 2 – Лаболаторни наблюдения върху пациенти, заразени със SARS-CoV-2 при приемането им в болница

Допълнителна таблица 3 – Лечение на пациенти, заразени със SARS-CoV-2

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторите изказват благодарност на Националната фондация на Китай по естествени науки (#81788101 и #81771685), Китайската академия на науките (XDB29030000) и спешно одобрения проект на Медицинския университет на науките и технологиите на Анхуей  (YJGG202002).

ДОПЪЛНИТЕЛНА ИНФОРМАЦИЯ

За онлайн версия на статията, моля посетете: (https://doi.org/10.1038/s41423-020-0402-2).

Конфликт на интереси: Авторите декларират отсъствие на конфликт на интереси.

СПРАВОЧНА ЛИТЕРАТУРА

  1. Zhu, N. et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. N. Engl. J. Med. 382, 727–733 (2020).
  2. Zhang, C. et al. NKG2A is a NK cell exhaustion checkpoint for HCV persistence. Nat. Commun. 10, 1507 (2019).
  3. Zhou, P. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature 579, 270–273 (2020).
  4. Chen, N. et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. Lancet 395, 507–513 (2020).
  5. Li, F. et al. Blocking the natural killer cell inhibitory receptor NKG2A increases activity of human natural killer cells and clears hepatitis B virus infection in mice. Gastroenterology 144, 392–401 (2013).
  6. Andre, P. et al. Anti-NKG2A mAb is a checkpoint inhibitor that promotes anti-tumor immunity by unleashing both T and NK cells. Cell 175, 1731–1743 (2018).
  7. Barathan, M. et al. Viral persistence and chronicity in hepatitis C virus infection: role of T-cell apoptosis, senescence and exhaustion. Cells 7, 165 (2018).
  8. Barber, D. L. et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection. Nature 439, 682–687 (2006).
  9. Zhang, Q. et al. Blockade of the checkpoint receptor TIGIT prevents NK cell exhaustion and elicits potent anti-tumor immunity. Nat. Immunol. 19, 723–732 (2018).
  10. Haanen, J. B. & Cerundolo, V. NKG2A, a new kid on the immune checkpoint block. Cell 175, 1720–1722 (2018).