Размах на съпътстващите имунни реакции преди възстановяване на пациент: клиничен случай на пациент с леко протичащ COVID-19

Източник: https://www.nature.com/articles/s41591-020-0819-2?fbclid=IwAR0JvkElH2XEODUcRxk6ozObXON1Zi29CFQb81oJNLS8s7FYB5RnGcK0d28

Превод: Цветелина Великова

Irani Thevarajan, Thi H. O. Nguyen, Marios Koutsakos, Julian Druce, Leon Caly, Carolien E. van de Sandt, Xiaoxiao Jia, Suellen Nicholson, Mike Catton, Benjamin Cowie, Steven Y. C. Tong, Sharon R. Lewin & Katherine Kedzierska

Nature Medicine volume 26, pages 453–455(2020)

В резюме: Отчитаме кинетиката на имунните отговори във връзка с клиничните и вирусологични особености при пациент с лека до умерена коронавирусна инфекция (COVID-19), която изисква хоспитализация. Увеличен брой клетки, секретиращи антитела, фоликуларни хелперни Т клетки (TFH клетки), активирани CD4+ T клетки и CD8+ T клетки и имуноглобулини (антитела) IgM и IgG, които свързват COVID-19 причиняващия коронавирус SARS-CoV-2, са открити в кръвта преди симптоматичното възстановяване. Тези имунологични промени се задържаха най-малко 7 дни след напълно изчезване на симптомите.

47-годишна жена от Ухан, провинция Хубей, Китай, постъпи в спешно отделение в Мелбърн, Австралия. Симптомите й започват 4 дни по-рано – летаргия, болки в гърлото, суха кашлица, плевритна болка в гърдите, лека диспнея и усещане за трески (фиг. 1a). Тя е пътувала от Ухан до Австралия 11 дни преди постъпването. Не е посещавала пазара за морски дарове Huanan, нито е контактувала с потвърдени случаи на COVID-19. Тя постъпва в добро здраве, непушачка е, не приема лекарства. Физикалният преглед разкри температура 38.5°C, пулс 120 удара в минута, кръвно налягане 140/80 mm Hg, дихателна честота 22 вдишвания в минута и насищане с кислород 98%. При аускултация на белите дробове се установяват хрипове базално в двата бели дроба. На ден 4-ти SARS-CoV-2 беше доказан в проба от назофарингеален тампон чрез PCR в реално време. SARS-CoV-2 отново беше детектиран на 5–6-и дни в проби от назофаринкса, храчки и фекалии, но не беше откриваем от 7-ия ден нататък (Фиг. 1a). Серумният С-реактивен протеин беше повишен до 83.2, лимфоцити в норма (4,3 × 109 клетки на литър (референтни граници 4,0 × 109 до 12,0 × 109 клетки на литър) и неутрофили (6,3 × 109 клетки на литър (референтни граници 2,0 × 109 до 8,0 × 109 × 109 клетки на литър). Не са установени други респираторни патогени. Пациентката беше лекувана с венозно приложение на рехидратираща терапия без допълнителна оксигенация. Не са прилагани антибиотици, стероиди или антивирусни средства. Рентгенографията на гърдите демонстрира двустранно натрупване на базални инфилтрати на 5-ия ден, които са изчистени на 10-ия ден (фиг. 1b). Тя е изписана под домашна карантина на 11-ия ден. Симптомите й отзвучават напълно до 13-ия ден и тя се чувства добре и на 20-ия ден, с прогресивно увеличаване на плазмените SARS-CoV-2-свързващи IgM и IgG антитела от 7-ия до 20-ия ден (фиг. 1с). Пациентът е регистрирана в платформата на клинично проучване – Sentinel Travelers Research Preparedness Platform for Emerging Infectious Diseases novel coronavirus substudy (SETREP-ID-coV) след предоставяне на информирано съгласие. Грижите за пациента и изследванията бяха проведени в съответствие с насоките за докладване на клинични случаи и Декларацията от Хелзинки. Експериментите бяха проведени с одобрение на етичната комисия HREC / 17 / MH / 53, HREC / 15 / MonH / 64 / 2016.196 и UoM # 1442952.1 / # 1443389.4.

Фиг. 1: Поява на имунни отговори по време на лека, но симптоматична COVID-19 инфекцияa – Времева линия на COVID-19, показваща откриване на SARS-CoV-2 в храчки, назофарингеални аспирати и изпражнения, но не в урина, ректален тампон или пълна кръв. SARS-CoV-2 е определен количествено чрез rRT-PCR; Ct – Treshold cycle – цикълът от амплификационния процес, при който се наблюдава статистическо значимо увеличение на флуоресценцията. По-високата стойност на Ct означава по-ниско вирусно натоварване. Пунктираната хоризонтална линия показва прага на граница на откриване (LOD) (Ct = 45). Празните кръгове означават неоткриваем SARS-CoV-2.

b – Антеропостерична рентгенография на гръдния кош на 5-и и 10-и ден след появата на симптомите, показваща радиологично подобрение от приемането в болница до изписването.

с – Имунофлуоресцентно изследване за антитела, повторено два пъти в дупликати, за откриване на IgG и IgM, свързани с инфектирани с SARS-CoV-2 Vero клетки в плазма (разредена 1:20), получена на 7–9-и и 20-и ден след появата на симптомите.

d -f – Честота (ляв набор от диаграми) на CD27hiCD38hi антитяло-продуциращи клетки (ASC) (гейтирани върху CD3-CD19+ лимфоцити) и активирани ICOS+PD-1+ Т фоликуларни хелпърни лимфоцити (TFH клетки) (гейтирани върху CD4+CXCR5+ лимфоцити)

d – Активирани CD38+HLA-DR+CD8+ или CD4+ T клетки

е – CD14+CD16+ моноцити и активирани HLA-DR+ NK клетки (гейтирани върху CD3-CD14-CD56+ клетки)

f – Установени чрез флоу цитометрия на кръв, събрана на 7–и и 20-и ден след появата на симптомите при пациента, сравнено със здрави донори (n = 5; медиана с IQR); гейтирани вдясно. Долни десни хистограми и линейни графики, оцветяване за гранзим A (GZMA (A)), гранзим B (GZMB (B)), гранзим K (GZMK (K)), гранзим M (GZMM (M)) и перфорин (Prf) при CD8+ и CD4+ Т клетки и активирани CD38+HLA-DR+CD8+ и CD4+ Т лимфоцити.

Анализирахме кинетиката и размаха на имунните отговори, свързани с клиничното оздравяване при COVID-19. Тъй като антитяло-продуциращите клетки са ключови за бързото производство на антитела след инфекция с вируса на Ебола (1, 2) и при инфекция и ваксинация срещу грипния вирус (2, 3), както и активирани циркулиращи TFH клетки (cTFH) се активират едновременно след ваксинация срещу грипния вирус (3), дефинирахме честотата на CD3-CD19+CD27hiCD38hi антитяло-продуциращи лимфоцити и CD4+CXCR5+ICOS+PD-1+ сTFH клетъчни отговори преди симптоматичното възстановяване на пациента. Антитяло-продуциращите клетки се появяват в кръвта по време на вирусния клирънс (ден 7-и; 1,48%) и достигат максимума на 8-ия ден (6,91%). Появата на cTFH клетки се наблюдава едновременно в кръвта на 7-ия ден (1,98%), увеличавайки се на 8-ия ден (3,25%) и 9-ия ден (4,46%) (Фиг. 1d ). Пикът както на антитяло-продуциращи лимфоцити, така и на cTFH клетките e значително по-висок при пациента със COVID-19, отколкото при здрави контролни участници (0.61% ± 0.40% и 1.83% ± 0.77%, съответно; n = 5). Както антитяло-продуциращи лимфоцити, така и cTFH клетките са проминентни по време на реконвалесценцията (ден 20-и) (4.54% и 7.14%, съответно; Фиг. 1d). По този начин, нашето проучване предоставя доказателства за увеличеният брой и процент на антитяло-продуциращи лимфоцити и cTFH клетки в кръвта на този пациент, докато все още е болна и 3 дни преди изчезването на симптомите.

Тъй като съвместната експресия на CD38 и HLA-DR е ключов фенотип за активирането на CD8+ Т клетки в отговор на вирусни инфекции, анализирахме ко-експресията на двата маркера. Както показват данните за Ебола и грип (1, 4),  и при настоящия пациент едновременната експресия на CD38 и HLA-DR при CD8+ Т клетките (оценена като честота на експресия на маркерите CD38+HLA-DR+ върху CD8+ Т клетките) показва бързо увеличаване при този пациент от 7-и ден (3,57%) до 8-ия (5,32%) и 9-ия ден (11,8%), след това намалява на 20-ия ден (7,05%) (фиг. 1е). Освен това честотата на експресиращите CD38+HLA-DR+ CD8+ Т клетки е много по-висока при този пациент, отколкото при здрави индивиди (1,47% ± 0,50%; n = 5). CD38+HLA-DR+ положителните Т клетки са документирани и при друг пациент с COVID-19 (5). По същия начин, съвместната експресия на CD38 и HLA-DR върху CD4 + Т клетки (оценена като честотата на експресия на CD38+HLA-DR+ върху CD4+ Т клетките) се увеличава между 7-ия ден (0,55%) и 9-ия ден (3,33%) при този пациент, в сравнение със здрави донори (0,63% ± 0,28%; n = 5), макар и в по-ниски нива от CD8+ Т клетките. CD38+ HLA-DR+ Т клетки, особено CD8+ Т лимфоцити, произвеждащи по-големи количества гранзими А и В и перфорин (~ 34–54% по-високи), отколкото техните начални популации от клетки преди активацията (CD8+ или CD4+ популации; Фиг. 1е ). По този начин, появата и бързото увеличаване на активираните CD38+HLA-DR+ Т клетки, особено CD8+ T клетки, на 7–9-и ден предшества изчезването на симптомите.

Анализът на CD16+CD14+ моноцити, които са свързани с имунопатологията на болестта, показаха по-ниска честота в кръвта на този пациент на 7-, 8- и 9-и дни (1,29%, 0,43% и 1,47%, съответно), отколкото при здрави контролни донори (9.03% ± 4.39%; n = 5) (Фиг. 1е). Това вероятно показва навлизането на CD16+CD14+ моноцити от кръвта до мястото на инфекция. Не са открити разлики в активираните HLA-DR+CD3-CD56+ NK клетки между пациента и здравите лица.

Тъй като провъзпалителните цитокини и хемокини предсказват тежко клинично протичане на грип (6), ние определихме количествено 17 противовъзпалителни цитокини и хемокини в плазмата. Открихме ниски нива на хемокин MCP-1 (CCL2) в плазмата на пациента (разширени данни на фиг. 2а), въпреки че тези нива бяха сравними с резултатите, получени при здрави донори (22.15 ± 13.81; n = 5), пациенти, заразени с грипен вирус тип А или В, ​​оценени на 7–9-и ден (33,85 ± 30,12; n = 5) и пациент, заразен с човешки коронавирус HCoV-229e (40,56). По този начин, за разлика от тежкото заболяване при птичия грип H7N9, където има повишени нива на цитокините IL-6, IL-8, IL-10, MIP-1β и IFN-γ (6), при този пациент със COVID-19 са открити минимални нива на провъзпалителни цитокини и хемокини, дори когато пациентката е била симптоматична на 7–9-и дни.

Тъй като полиморфизмът rs12252-C/C на гена IFITM3 (който кодира индуцирания от интерферон трансмембранен протеин 3) е свързан с тежко протичане на грип (6, 7), анализирахме IFITM3 -rs12252 при пациента с COVID-19 и открихме ‘рисковия вариант’ IFITM3 -rs12252-C/C вариант (разширени данни на Фиг. 2b ). Тъй като честотата на IFITM3 -rs12252-C/C сред населението на Китай е 26,5% (по данни на 1000 Genomes Project) (6), по-нататъшното изследване на алела IFITM3 -rs12252-C/C при по-големи групи от хора с COVID-19 си заслужава да се изследва.

В заключение, нашето изследване предоставя нов принос за разбирането на размаха и кинетиката на имунните реакции по време на лек до умерено тежко протичащ случай на COVID-19. Този пациент не е имал усложнения като дихателна недостатъчност или остър респираторен дистрес синдром, не се е нуждаел от допълнителна оксигенация и е изписан в рамките на седмица след хоспитализацията, макар и с още симптоматично заболяване. Ние предоставяме доказателства за увеличение на имунни клетъчни популации (антитяло-продуциращи, TFH клетки и активирани CD4+ и CD8+Т клетки), заедно с IgM и IgG SARS-CoV-2-свързващи антитела, в кръвта на пациента преди изчезването на симптомите. Предлагаме тези имунни параметри да се характеризират при по-големи групи от хора с COVID-19 с различна тежест на заболяването, за да се определи дали те могат да бъдат използвани за прогнозиране на резултата от заболяването и оценка на нови терапевтични интервенции, които биха могли да сведат тежестта на болестта или да подпомогнат процеса на създаване на ваксина. Освен това, нашето изследване показва, че стабилни и многокомпонентни имунни отговори могат да възникнат срещу SARS-CoV-2 и подобно на птичия грип H7N9 (8), ранните адаптивни имунни отговори могат да съответстват на по-добри клинични резултати.

Резюме на отчитането

Допълнителна информация за дизайна на научните изследвания е налична в Резюмето на отчетите за изследване на природата, свързано с тази статия.

Референции:

1.McElroy, A. K. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 4719–4724 (2015).

2.Ellebedy, A. H. et al. Nat. Immunol. 17, 1226–1234 (2016).

3.Koutsakos, M. et al. Sci. Transl. Med. 10, eaan8405 (2018).

4.Wang, Z. et al. Nat. Commun. 9, 824 (2018).

5.Xu, Z. et al. Lancet Respir. Med. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(20)30076-X (2020).

6.Wang, Z. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 111, 769–774 (2014).

7.Everitt, A. R. et al. Nature 484, 519–523 (2012).

8.Wang, Z. et al. Nat. Commun. 6, 6833 (2015).