I ricercatori dell’Università di Oxford hanno scoperto che l’infezione naturale con COVID-19 produce una risposta robusta delle cellule T, inclusa l’induzione della “memoria” delle cellule T per combattere potenzialmente infezioni future.
I risultati, pubblicati su Nature Immunology, sono uno sforzo congiunto del gruppo di immunologia Oxford COVID-19 , guidato dall’unità di immunologia umana del Medical Research Council presso l’MRC Weatherall Institute of Molecular Medicine e dalla Chinese Academy of Medical Science Oxford Institute presso l’Università. di Oxford.
Mentre la ricerca ha dimostrato che COVID-19 induce una risposta anticorpale delle cellule B, è stato meno chiaro se COVID-19 induce il sistema immunitario a produrre anche cellule T specifiche per il virus e se sono importanti per il recupero dall’infezione iniziale e protezione contro nuove infezioni.
Mentre gli anticorpi si attaccano e distruggono agenti patogeni come virus e batteri, le cellule T si attaccano alle cellule malate all’interno del corpo, come le cellule tumorali o le cellule infettate da virus. Le cellule T aiutano anche ad attrarre altre cellule immunitarie nell’area.
Il professor Tao Dong, responsabile dello studio dell’Unità di immunologia umana dell’MRC, ha dichiarato: “Studiando la risposta immunitaria delle cellule T in profondità e in ampiezza, inizieremo a costruire una migliore comprensione del motivo per cui alcuni individui sviluppano una malattia più lieve e di come potremmo essere in grado di prevenire o curare le infezioni.
“Le cellule T possono anche durare più a lungo degli anticorpi, e quindi potrebbero offrire metodi alternativi per diagnosticare se qualcuno ha avuto una precedente infezione da COVID-19, dopo che i livelli di anticorpi sono diminuiti”.
Le cellule T sono attratte da frammenti di proteine tumorali o virali (chiamati epitopi) visualizzati sulla superficie delle cellule malate, che agiscono come uno sventolio di una bandiera verso le cellule T, mostrando loro dove sono necessarie.
In questo studio, i ricercatori hanno analizzato campioni di sangue di pazienti COVID-19 per identificare peptidi contenenti epitopi di cellule T, comprese sei regioni immunodominanti (cluster di epitopi) che sono state prese di mira dalle cellule T in molti dei pazienti.
Il professor Dong, che è anche il direttore fondatore della Chinese Academy of Medical Sciences Oxford Institute (COI) con sede presso il Nuffield Department of Medicine, University of Oxford, ha aggiunto: “Identificando le regioni del virus che sono prese di mira dal sistema immunitario, noi anticipare i risultati aiuterà a definire il ruolo delle cellule T negli esiti della malattia “.
Il team di ricerca ha confrontato campioni di sangue di 28 pazienti COVID-19 lievi e 14 gravemente malati, nonché campioni di 16 donatori sani.
Il co-responsabile dello studio, il professor Graham Ogg, direttore ad interim dell’Unità di immunologia umana del Medical Research Council, ha dichiarato:
“Abbiamo scoperto che gli individui con COVID-19 lieve avevano un diverso pattern di risposta delle cellule T rispetto a quelli con infezione più grave; questo potrebbe aiutare a fornire informazioni sulla natura della protezione immunitaria “.
Mentre il team di ricerca pensa che una risposta delle cellule T di scarsa qualità potrebbe contribuire alla persistenza virale di SARS-CoV-2 e alla mortalità da COVID-19, i pazienti guariti con malattia lieve e grave avevano ancora la memoria delle cellule T due mesi dopo l’infezione.
Solo un piccolo numero di cellule T deve avere una memoria dell’infezione primaria e possono replicarsi per montare rapidamente una risposta immunitaria robusta.
I ricercatori hanno anche scoperto che la proteina spike di SARS-CoV-2 è stata spesso riconosciuta dalle cellule T dei pazienti guariti, il che aggiunge supporto per gli approcci utilizzati da molti degli attuali vaccini in fase di sviluppo, incluso il vaccino di Oxford.
Il team di ricerca ha inoltre scoperto che anche altre parti del virus, compresa la sua membrana e la sua nucleoproteina, provocano una forte risposta immunitaria delle cellule T, fornendo potenzialmente anche altri bersagli vaccinali.
Il professor Ogg, che lavora come clinico e ricercatore presso il Dipartimento di Medicina dell’Università di Oxford Radcliffe, ha aggiunto: “La ricerca dimostra il potere di riunire molti medici e scienziati per affrontare una sfida globale, e siamo estremamente grati a tutti le persone coinvolte, in particolare i partecipanti alla ricerca. “
Il team ha ora in programma di indagare per quanto tempo dura la memoria immunitaria delle cellule T e se ciò potrebbe avere implicazioni per nuovi test diagnostici e nuovi trattamenti.
COVID-19 causato dall’infezione da SARS-CoV-2 è una pandemia globale, con oltre 15,8 milioni di infezioni e oltre 641.000 decessi al 25 luglio 2020, secondo la mappa COVID-19 del Johns Hopkins Coronavirus Resource Center. L’infezione da SARS-CoV-2 può provocare una serie di manifestazioni cliniche, dall’infezione asintomatica o lieve a COVID-19 grave che richiede il ricovero in ospedale.
I pazienti ospedalizzati spesso progrediscono verso una polmonite grave e una sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) 1–3. Sebbene si sappia relativamente poco sull’immunologia di individui asintomatici o di individui con malattia lieve che non richiedono ricovero in ospedale, studi recenti hanno rivelato importanti intuizioni sulle risposte immunitarie dei pazienti ricoverati.
Analogamente ad altre infezioni virali respiratorie, le risposte immunitarie adattative4-9, in particolare dei linfociti T6,8,10, hanno un ruolo preminente nell’infezione da SARS-CoV-2.
Tuttavia, non è chiaro se le risposte delle cellule T siano utili o dannose in COVID-19 e se le risposte delle cellule T siano subottimali e disfunzionali o eccessive, con prove fornite per entrambe le estremità dello spettro.
Qui, riassumiamo alcuni dei dati recenti sulle risposte delle cellule T convenzionali in COVID-19, rilevando, tuttavia, che i dati emergenti evidenziano anche gli impatti su altre popolazioni di linfociti, comprese le cellule B4,8,11, le cellule linfoidi innate4, le cellule natural killer4, 11, cellule T invarianti associate alla mucosa4 e cellule γ cellsT11.
Evidenziamo alcune delle osservazioni chiave fatte per le cellule T αβ CD8 + e CD4 + convenzionali in COVID-19, inclusa la prominente linfopenia osservata in pazienti con malattia grave, caratteristiche rilevanti delle risposte delle cellule T CD8 + rispetto a CD4 + in pazienti ricoverati, caratteristiche di T differenziazione cellulare che può essere alterata e dati attuali sull’eventualità che l’entità complessiva della risposta delle cellule T nei pazienti con COVID-19 sia insufficiente o eccessiva e su come queste caratteristiche possano essere correlate alla malattia.
Infine, discutiamo i dati emergenti sui linfociti T specifici per SARS-CoV-2 trovati in pazienti che si sono ripresi da COVID-19 e le implicazioni per la memoria delle cellule T. In questo campo in rapida crescita, riassumiamo gli studi più recenti che hanno affrontato le risposte delle cellule T in COVID-19. Alcuni di questi sono ancora disponibili solo sui server di prestampa e le conclusioni tratte da dati non sottoposti a revisione paritaria dovrebbero essere trattate con cautela.
Nella Tabella 1 viene fornito un riepilogo dei set di dati pubblicati rispetto a quelli disponibili come preprint per aiutare il lettore a stabilire il peso dell’evidenza per caratteristiche particolari.
Tabella 1 – Studi che riportano l’analisi delle cellule T in pazienti con COVID-19
| Coorte di donatori | Origine del campione | Tecnologia di profilazione utilizzata | Principali conclusioni per le cellule αβT | Rif |
|---|---|---|---|---|
| 3 sani, 3 lievi / moderati, 6 gravi | Liquido di lavaggio broncoalveolare | 10x Genomics scRNA-seq, 10 × Genomics scTCR-seq | Maggiore espansione clonale delle cellule T nella malattia moderata rispetto alla malattia grave; Le cellule T in una malattia moderata hanno firme più forti di residenza tissutale | 5 |
| 8 malattia moderata, 11 malattia grave | Campioni nasofaringei e bronchiali | 10x Genomics scRNA-seq | Meno CTL nella malattia grave rispetto alla malattia moderata; iperattivazione dei CTL nel tratto respiratorio, con una firma di interazione con le cellule epiteliali e altri tipi di cellule immunitarie | 9 |
| 5 sani, 5 guariti precocemente, 5 guariti tardivamente | PBMC | 10x Genomics scRNA-seq, 10x Genomics scTCR-seq | Maggiore espansione clonale dei linfociti T nei pazienti con recupero tardivo rispetto a pazienti con recupero precoce; meno cellule T CD8 + ma maggiori firme citotossiche nei pazienti guariti precocemente rispetto a quelli guariti tardivamente | 28 |
| 6 sani, 3 non ventilati, 4 con ARDS | PBMC | Seq-Well scRNA-seq | Eterogeneità delle risposte immunitarie, compresi i geni stimolati dall’interferone; nessuna firma trascrizionale di esaurimento; caratteristiche dell’iperattivazione delle cellule T in alcuni dei pazienti con ARDS | 7 |
| 3 sani, 6 malattie lievi / moderate, 4 malattie gravi | PBMC | 10x Genomics scRNA-seq, citometria a flusso | Linfopenia a cellule T forte nella malattia grave con potenziale disregolazione immunitaria adattativa sistemica; differenziazione alterata delle cellule T e uno stadio di iperattivazione nella malattia grave; la timosina α1 può espandere la popolazione di cellule T simili alla memoria e prevenire l’iperattivazione delle cellule T. | 25 (prestampa) |
| 15 sani, 79 COVID-19 (15 con ARDS), 26 influenzali (7 con ARDS) | PBMC | 10x Genomics scRNA-seq (3 influenza e 4 COVID-19), citometria a flusso | Conteggi di cellule T totali e attivate simili per i gruppi influenzali e COVID-19; firme di risposta IFNα e IFNγ più elevate nei gruppi di influenza grave rispetto ai gruppi COVID-19 | 40 (prestampa) |
| 28 con ARDS, 26 non ARDS, altri controlli delle infezioni | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T più forte in COVID-19 più grave; conta dei linfociti T CD4 + inferiore nel COVID-19 ( n = 17) rispetto all’influenza (H1N1; n = 4) | 6 |
| 12 sani, 7 guariti, 7 moderati, 27 gravi | PBMC | Citometria a flusso ad alta dimensione | Linfopenia a cellule T più forte nella malattia più grave; eterogeneità delle risposte delle cellule T relative alle firme di attivazione e citotossicità; Le cellule T esprimono più marcatori di differenziazione terminale o esaurimento nella malattia grave | 4 |
| 60 pazienti sani, 36 guariti, 125 ospedalizzati (punteggio ordinale NIH 2-5) | PBMC | Citometria a flusso ad alta dimensione | Linfopenia a cellule T più forte nella malattia grave, con un bias verso le cellule T CD8 + ; eterogeneità delle risposte delle cellule T basata sul profilo immunitario ad alta dimensione, con tre potenziali sottotipi immunitari; I linfociti T sono più attivati ma esprimono anche più marcatori di differenziazione terminale ed esaurimento nei pazienti con COVID-19 rispetto agli individui sani o che hanno recuperato | 8 |
| 40 sani, 522 con diversa gravità della malattia | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T più forte nei pazienti in terapia intensiva, pazienti anziani e malattie gravi, sia per le cellule T CD4 + che CD8 + ; I livelli di IL-6, IL-10 e TNF sono correlati negativamente con la conta dei linfociti; I linfociti T esprimono livelli più elevati di PD1 e TIM3 nei pazienti in terapia intensiva rispetto ai soggetti non in terapia intensiva | 10 |
| 55 sani, 6 malattie lievi, 26 malattie moderate, 31 malattie gravi | PBMC | Citometria a flusso ad alta dimensione | Linfopenia a cellule T più forte nella malattia grave; aumento del numero di cellule T CD4 + e CD8 + proliferate iperattivate nella malattia grave; aumento dei marker di differenziazione terminale o esaurimento nella malattia grave rispetto alla malattia più lieve | 11 (prestampa) |
| 10 malattia moderata, 11 malattia grave | PBMC | Citometria a flusso | Conta linfocitaria più elevata nella malattia moderata rispetto a quella grave, sia per le cellule T CD4 + che per quelle CD8 + ; più cellule T che producono IFNγ nella malattia moderata rispetto a quella grave | 13 |
| 20 sani, 30 con diversa gravità della malattia | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T nei pazienti rispetto ai controlli sani, con un aumento del rapporto tra cellule T CD4 + e cellule T CD8 + ; aumento della proporzione di cellule T CD8 + senescenti o differenziate in modo terminale nei pazienti, con una percentuale ridotta di cellule che producono IFNγ; tocilizumab migliora la conta dei linfociti ( n = 5) | 14 |
| 30 sani, 55 malattie lievi, 13 malattie gravi | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T più forte nella malattia grave rispetto alla malattia lieve o ai controlli sani, con recupero del numero di cellule T negli individui convalescenti; livelli ridotti di citochine multiple nelle cellule T CD8 + in gruppi di malattia, con livelli più elevati di espressione di NKG2A rispetto ai controlli sani | 23 |
| 6 sani, 10 malattie lievi, 6 malattie gravi | PBMC | Citometria a flusso | Aumento della citotossicità ma diminuzione della secrezione di citochine delle cellule T, in particolare delle cellule T CD8 + , nella malattia grave rispetto alla malattia lieve; Le cellule T CD8 + nella malattia grave esprimono più recettori inibitori | 24 |
| Case report, più punti temporali | PBMC | Citometria a flusso | ICOS + PD1 + le cellule T FH circolanti aumentano durante il recupero; le cellule T CD4 + e CD8 + attivate raggiungono il picco al giorno 9 dopo l’insorgenza della malattia e diminuiscono dopo la guarigione | 26 |
| 20 sani, 20 convalescenti, altri comuni coronavirus del raffreddore | PBMC | Citometria a flusso | Le cellule T CD4 + e CD8 + di pazienti convalescenti rispondono agli epitopi SARS-CoV-2, comprese le proteine S, M e N e altri ORF; Reattività delle cellule T a SARS-CoV-2 rilevata anche in donatori non esposti, con potenziale reattività crociata ad altri comuni coronavirus del raffreddore | 29 |
| 14 convalescenti | PBMC | Citometria a flusso | Le cellule T CD4 + e CD8 + di pazienti convalescenti rispondono agli epitopi SARS-CoV-2 | 30 |
| 16 sani, 28 guariti da una malattia lieve, 14 guariti da una malattia grave | PBMC | Citometria a flusso | Le cellule T di pazienti convalescenti con malattia lieve o grave rispondono agli epitopi SARS-CoV-2; i pazienti convalescenti con malattia lieve hanno una migliore risposta delle cellule T CD8 + di memoria rispetto ai pazienti convalescenti con malattia grave | 31 (prestampa) |
| 8 sani, 8 con diversa gravità della malattia | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T in COVID-19 rispetto ai controlli sani, con aumento dei fenotipi di attivazione delle cellule T; Le cellule T specifiche per SARS-CoV-2 producono principalmente citochine di tipo T H 1 | 35 |
| 10 sani, 21 non in terapia intensiva, 12 in terapia intensiva | PBMC | Citometria a flusso | Le cellule T CD4 + nei pazienti in terapia intensiva producono più GM-CSF e IL-6 rispetto ai soggetti non in terapia intensiva e ai controlli sani | 37 |
| 245 sani, 19 malattie lievi, 41 malattie gravi | PBMC | Citometria a flusso | Linfopenia a cellule T più forte nella malattia grave rispetto alla malattia lieve e ai controlli sani; I livelli di IL-6 sono correlati negativamente con la conta dei linfociti; i pazienti che rispondono al trattamento recuperano i numeri dei linfociti | 38 |
| 15 maschi e 29 femmine sani, 17 maschi e 21 femmine con COVID-19 | PBMC | Citometria a flusso ad alta dimensione | I pazienti maschi e femmine hanno linfopenia a cellule T; i pazienti di sesso femminile hanno più attivazione delle cellule T rispetto ai pazienti di sesso maschile; i pazienti maschi con malattia grave hanno una maggiore riduzione dell’attivazione dei linfociti T e la perdita di produttori di IFNγ rispetto a quelli con malattia stabile | 60 (prestampa) |
ARDS, sindrome da distress respiratorio acuto; CTL, linfociti T citotossici; GM-CSF, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi; ICOS, co-stimolatore inducibile; ICU, unità di terapia intensiva; IFNγ, interferone-γ; ORF, cornice di lettura aperta; PBMC, cellula mononucleare del sangue periferico; PD1, proteina di morte cellulare programmata 1; scRNA-seq, sequenziamento dell’RNA a cellula singola; scTCR-seq, sequenziamento del recettore delle cellule T a cellula singola; Cellula T FH , cellula T helper follicolare; Cellula T H 1, cellula T helper 1; TIM3, immunoglobulina delle cellule T e proteina 3 contenente il dominio della mucina; TNF, fattore di necrosi tumorale.
Linfopenia in COVID-19
Una caratteristica importante dell’infezione da SARS-CoV-2 è la linfopenia1,6,12,13. La linfopenia è associata a malattia grave10,12,13 ma si risolve quando i pazienti guariscono4,12. In alcuni pazienti, è stato segnalato che la linfopenia colpisce le cellule T CD4 +, le cellule T CD8 +, le cellule B e le cellule natural killer4,6, mentre altri dati suggeriscono che l’infezione da SARS-CoV-2 ha un impatto preferenziale sulle cellule T CD8 +8,9,14 .
La linfopenia transitoria è una caratteristica comune di molte infezioni virali respiratorie, come il virus dell’influenza A H3N2, il rinovirus umano o il virus respiratorio sinciziale, ma la linfopenia in queste altre infezioni si manifesta tipicamente solo per 2-4 giorni intorno all’insorgenza dei sintomi e si riprende rapidamente15.
Al contrario, la linfopenia associata a COVID-19 può essere più grave o persistente rispetto a queste altre infezioni e sembra essere più selettiva per le linee di cellule T. È possibile che la linfopenia periferica osservata nei pazienti con COVID-19 rifletta il reclutamento di linfociti alle vie respiratorie o l’adesione all’endotelio vascolare respiratorio infiammato.
Tuttavia, sebbene gli studi autoptici sui polmoni dei pazienti e il sequenziamento dell’RNA monocellulare (scRNA-seq) del liquido di lavaggio broncoalveolare identifichino la presenza di linfociti, l’infiltrazione linfocitica non è eccessiva5,16. Inoltre, una recente analisi scRNA-seq del tratto respiratorio superiore di pazienti con COVID-19 ha mostrato che c’era un contributo notevolmente ridotto dei linfociti T citotossici nei pazienti con malattia grave rispetto a quelli con malattia moderata9.
Nella malattia grave, la linfopenia può essere associata ad alti livelli di IL-6, IL-10 o fattore di necrosi tumorale (TNF) 6,10,14, potenzialmente attraverso un effetto diretto di queste citochine sulle popolazioni di cellule T17,18 e / o indiretto effetti attraverso altri tipi di cellule, come le cellule dendritiche19 e i neutrofili20,21.
Anche l’iperattivazione delle cellule T o alti livelli di espressione di molecole pro-apoptotiche, come FAS (noto anche come CD95) 8, TRAIL o caspasi 3 (rif.11), potrebbero contribuire alla deplezione delle cellule T.
Pertanto, sebbene i meccanismi della linfopenia nel COVID-19 rimangano incompleti, la riduzione del numero di cellule T, in particolare nella periferia, è una caratteristica prominente di molti individui con malattia grave. Non è chiaro perché la linfopenia sia influenzata dalle cellule T e forse specificamente dalle cellule T CD8 +.
Nei modelli animali, la linfopenia può aumentare l’attivazione e la proliferazione delle cellule T22. Pertanto, determinare come la linfopenia nei pazienti con COVID-19 potrebbe influire sull’iperattivazione delle cellule T e, potenzialmente, sull’immunopatologia è un importante obiettivo futuro, poiché terapie come IL-7 potrebbero essere utili a questo proposito.
Risposte delle cellule T CD8 + in COVID-19
I primi studi su un piccolo numero di pazienti, o talvolta anche un singolo paziente, hanno riportato alterazioni nello stato di attivazione e / o differenziazione dei linfociti T CD8 + nel COVID-19 grave (Fig. 1a). Ad esempio, vi sono prove di linfociti T differenziati in modo terminale o di cellule T possibilmente esaurite nella malattia grave, con aumenti riportati nei livelli di espressione dei recettori inibitori PD1, TIM3, LAG3, CTLA4, NKG2A e CD39 (refs4,8,10,11, 23,24).
Tuttavia, l’espressione di questi recettori potrebbe anche riflettere l’attivazione recente e non è chiaro se le cellule T nei pazienti con COVID-19 siano esaurite o semplicemente altamente attivate. Al contrario, almeno uno studio ematico scRNA-seq ha riportato un’espressione limitata di recettori inibitori da parte delle cellule T CD8 + in pazienti con COVID-19 rispetto ai controlli sani7.
In un rapporto, le cellule T CD8 + di pazienti con COVID-19 grave avevano ridotto la produzione di citochine dopo stimolazione23. In alternativa, altri dati suggeriscono che le cellule T CD8 + potrebbero avere una firma di iperattivazione, inclusi alti livelli di espressione di marcatori correlati alle cellule natural killer e maggiore citotossicità4,23,25.
Alcuni di questi studi implicano la presenza di una risposta iperaggressiva dei linfociti T CD8 + o uno stato iperattivo in pazienti con COVID-19 (rif.25). In molti pazienti, ma non in tutti, è stato osservato anche un aumento del numero di cellule T CD8 + attivate da CD38 + HLA-DR + o di cellule T CD8 + proliferanti Ki67 +4,8,11,26.
In altri contesti, i linfociti T CD38 + HLA-DR + o Ki67 + CD8 + presenti nel sangue durante la fase acuta di un’infezione virale o dopo la vaccinazione vivi attenuati contengono cellule T specifiche del virus27, il che indica che potrebbero esserci cellule T specifiche del virus Risposte delle cellule T CD8 + in quei pazienti con COVID-19 che hanno risposte robuste delle cellule T CD38 + HLA-DR + o Ki67 + CD8 +. Tuttavia, non tutti i pazienti hanno questo fenotipo di attivazione delle cellule T e i dati attuali indicano modelli potenzialmente diversi di risposte delle cellule T CD8 + nei pazienti con COVID-19 (rif. 8).
Modello potenziale delle risposte delle cellule T durante la progressione di COVID-19. Un modello proposto delle risposte delle cellule T CD8 + ( a ) e delle risposte delle cellule T CD4 + ( b) durante la progressione di COVID-19 nella malattia lieve rispetto a quella grave. Le tabelle mostrano i parametri immunitari che sono stati segnalati differire tra COVID-19 lieve e grave. I dati sul fenotipo sono raccolti dai riferimenti citati in questo articolo di Progress. I risultati che sono stati confermati da più studi sono indicati in grassetto. CCL, CC-chemochina ligando; CCR6, recettore 6 delle chemochine CC; CTLA4, antigene linfocitario T citotossico 4; CX3CR1, recettore 1 delle chemochine CX3C; CXCL, CXC-chemochina ligando; GZMB, granzima B; ICOS, co-stimolatore inducibile; IFNγ, interferone-γ; KLR, recettore simile alla lectina delle cellule killer; LAG3, gene di attivazione dei linfociti 3; TCR, recettore delle cellule T; Cellula T FH , cellula T helper follicolare; Cellula T H 1, cellula T helper 1; Cellula T H 2, cellula T helper 2; T H17 cellule, T helper 17 cellule; TIGIT, immunorecettori delle cellule T con immunoglobuline e domini ITIM; TIM3, immunoglobulina delle cellule T e proteina 3 contenente il dominio della mucina; TNF, fattore di necrosi tumorale; Cellula T reg , cellula T regolatrice.
Diverse considerazioni importanti derivano da questi studi: in che modo l’eterogeneità della risposta delle cellule T CD8 + è correlata alla malattia; in che modo le risposte delle cellule T nel sangue periferico riflettono gli eventi nel tratto respiratorio; e le risposte delle cellule T CD8 + sono specifiche per l’antigene?
In primo luogo, molteplici studi hanno indicato l’eterogeneità nelle risposte immunitarie a SARS-CoV-2, comprese le cellule T CD8 +, e dati emergenti identificano immunotipi di pazienti potenzialmente distinti6,8 che potrebbero, in alcuni casi, essere correlati alle caratteristiche della malattia.
In secondo luogo, studi autoptici e dati scRNA-seq dal liquido di lavaggio broncoalveolare suggeriscono l’importanza delle risposte delle cellule T CD8 + respiratorie5,16, e recenti dati scRNA-seq dal tratto respiratorio superiore implicano che lì si verificano interazioni tra cellule epiteliali e linfociti T citotossici, in particolare attraverso un asse interferone-γ (IFNγ )9.
In effetti, un’espansione clonale più robusta delle cellule T CD8 + nel sangue periferico28 o nel liquido di lavaggio broncoalveolare5 può essere associata a una malattia o guarigione più lieve, sebbene non sia chiaro se questa espansione clonale delle cellule T CD8 + sia la causa o la conseguenza del recupero della malattia.
Infine, vi è evidenza di cellule T CD8 + specifiche per SARS-CoV-2 in pazienti che hanno recuperato, che fornisce evidenza non solo delle risposte delle cellule T CD8 + specifiche del virus ma anche della memoria delle cellule T CD8 + in molti pazienti convalescenti29-32. Il ruolo preciso di queste cellule T CD8 + virus-specifiche nel controllo dell’infezione acuta iniziale di SARS-CoV-2 e la loro capacità di proteggere da future infezioni rimangono da determinare.
Risposte delle cellule T CD4 + in COVID-19
Simile alle cellule T CD8 +, vi è evidenza di compromissione funzionale e maggiore espressione di marcatori di attivazione e / o esaurimento da parte delle cellule T CD4 + in pazienti con COVID-19 (rif. 10,14) (Fig. 1b). Case report hanno suggerito che l’attivazione delle cellule T CD8 + potrebbe essere maggiore dell’attivazione delle cellule T CD4 +, come definito da marcatori di attivazione come CD38 e HLA-DR26,33,34.
Tuttavia, un altro studio ha identificato un sottogruppo di pazienti con livelli più elevati di attivazione delle cellule T CD4 + che potrebbero peggiorare clinicamente8. Un rapporto ha descritto una percentuale più alta di cellule T helper 1 (TH1) che producono IFNγ in pazienti con malattia moderata rispetto a pazienti con malattia grave13. Inoltre, le cellule T CD4 + specifiche per la proteina spike SARS-CoV-2 sono state identificate nell’infezione acuta e hanno un profilo di citochine delle cellule TH135.
Un ruolo per le risposte di tipo cellulare T helper 2 (TH2) nel COVID-19 grave non è chiaro, sebbene i pazienti con malattia lieve possano avere una normale risposta delle cellule TH211. Dato il ruolo preminente delle risposte delle cellule TH2 in altre malattie polmonari, questa è un’area importante per ulteriori studi. Due rapporti individuali hanno anche descritto una forte firma di cellule T CCR6 + CD4 + in COVID-19 grave (refs2,34), che indica un potenziale ruolo per l’immunopatologia cellulo-mediata T helper 17 (TH17), mentre un altro studio ha identificato possibili aumenti nella numero di cellule T CD4 + che producono fattore di crescita trasformante β (TGFβ) 36.
È stata anche segnalata una popolazione di cellule T CD4 + che producono fattore stimolante le colonie granulociti-macrofagi (GM-CSF) o IL-6 in pazienti con COVID-19 (rif.37), sebbene le cellule T non producano tipicamente IL-6. I linfociti T regolatori36 e le cellule T helper follicolari circolanti ICOS + CD38 + (cTFH attivato )8 possono anche essere alterati nei pazienti con COVID-19, con un aumento del numero di cellule cTFH attivate in alcuni contesti forse collegato a un aumento segnalato nel numero di plasmablasti circolanti4.
La linfopenia colpisce anche le cellule T CD4 +, sebbene alcuni studi suggeriscano che l’impatto sia inferiore a quello delle cellule T CD8 +8,38. Resta da determinare come la linfopenia possa essere correlata all’attivazione e / o alla disfunzione delle cellule T CD4 +. Inoltre, oltre alle cellule T CD8 + di memoria, i pazienti che si sono ripresi dall’infezione da SARS-CoV-2 hanno cellule T CD4 + di memoria specifiche per il virus29-32, il che fa ben sperare per la possibilità di memoria delle cellule T e, forse, di immunità protettiva.
Negli individui che si sono ripresi da COVID-19 lieve, le cellule T CD4 + hanno acquisito un tipico fenotipo di memoria con alti livelli di espressione di IL-7Rα (rif.32). È interessante notare che le cellule T CD4 + di memoria cross-reattiva si trovano anche in soggetti che non sono mai stati esposti a SARS-CoV-2 (ref.29).
Non è chiaro come queste cellule T CD4 + di memoria preesistenti, che sono presumibilmente generate in risposta a coronavirus endemici umani, influenzino l’immunità o la patologia in caso di infezione da SARS-CoV-2. Ci sono altre impostazioni in cui la presenza di cellule T CD4 + di memoria in assenza di cellule T CD8 + efficaci o di anticorpi può causare patologie39. Pertanto, le risposte delle cellule T CD4 + sono presenti nei pazienti con COVID-19 e forse formano la memoria dopo la risoluzione della malattia. Rimangono importanti domande senza risposta se le cellule T CD4 + che rispondono all’infezione acuta con SARS-CoV-2 siano funzionalmente compromesse o iperattivate e il modo in cui queste risposte si riferiscono all’esito della malattia.
Differenziazione delle cellule T in COVID-19
La maggior parte delle infezioni virali acute nell’uomo inducono l’attivazione e la proliferazione sia delle cellule T CD4 + che delle cellule T CD8 +, quindi l’infezione da SARS-CoV-2 potrebbe non essere unica a questo riguardo.
Tuttavia, l’iperattivazione o l’ipoattivazione delle cellule T, o l’inclinazione verso uno stato di differenziazione inefficace (ad esempio, cellule TH17, cellule T esaurite o cellule T differenziate terminalmente), potrebbero non essere ottimali in alcuni pazienti con COVID-19.
Diverse caratteristiche che sono state descritte in pazienti con COVID-19 grave, inclusi livelli elevati di citochine o chemochine sistemiche, in particolare IL-6, CXCL8, CXCL9 e CXCL10 (rif. 8,11,40) o risposte ritardate o difettose dell’interferone di tipo I41 – potrebbe potenzialmente alterare le risposte delle cellule T.
Il potenziale deficit di interferone di tipo I descritto nei pazienti con COVID-19 è coerente con una recente osservazione di un numero ridotto di cellule dendritiche plasmacitoidi11.
Questa osservazione, tuttavia, contrasta con la robusta e consistente sovraregolazione della chemochina inducibile dall’interferone CXCL10 osservata in una coorte di pazienti11, forse a causa di induttori di espressione di questa chemochina non interferone.
Un’altra lacuna chiave nella nostra comprensione è la relazione tra carica virale e risposta immunitaria. La carica virale potrebbe avere un impatto importante sull’entità e sulla qualità della risposta delle cellule T e studi futuri che quantificano la replicazione del virus dovrebbero fornire il contesto per comprendere l’evoluzione delle risposte delle cellule T durante l’infezione da SARS-CoV-2.
Una caratteristica chiave dei pazienti con COVID-19 è l’arricchimento per comorbilità come l’ipertensione e il diabete42 (vedere la sezione successiva), ma resta da definire come il paesaggio di ‘salute immunitaria’ di base di un singolo paziente modella le risposte alla SARS-CoV- 2 infezione.
Sebbene la linfopenia non sia una caratteristica unica dell’infezione da SARS-CoV-243, può essere più prolungata nei pazienti con COVID-19 e la proliferazione indotta dalla linfopenia può chiaramente influenzare la differenziazione e l’attivazione delle cellule T; tuttavia, il contributo della linfopenia alla differenziazione delle cellule T nei pazienti con COVID-19 non è stato ancora studiato.
Co-morbilità e COVID-19
Le comorbilità come la malattia cardiovascolare44,45, il diabete42 e l’obesità46 sono alcune delle condizioni sottostanti più comuni associate a un esito clinico peggiore e COVID-19 grave. Inoltre, i pazienti più anziani sperimentano una maggiore gravità clinica del COVID-19 (rif.1,47), i maschi possono sperimentare una malattia più grave rispetto alle femmine1,47 e le variazioni genetiche, incluso il gruppo sanguigno ABO8,48,49, sono state segnalate per influenzare gli esiti clinici per i pazienti con COVID-19. Tuttavia, il modo in cui queste comorbilità sono associate alle risposte delle cellule T durante COVID-19 rimane in gran parte sconosciuto.
L’età avanzata è una comorbilità comune per la gravità della malattia durante le infezioni virali respiratorie e la gravità della malattia può essere associata a risposte alterate delle cellule T50,51. L’invecchiamento influisce sulla diversità del repertorio delle cellule T52, sia per le cellule T CD4 +53 che per le cellule T CD8 +54. Questa riduzione correlata all’età della diversità clonale delle cellule T è associata a una ridotta risposta alle infezioni virali come l’influenza55.
L’età avanzata può anche essere associata alla senescenza delle cellule T, che forse contribuisce a risposte inefficaci alle infezioni56,57. Tuttavia, le cellule T senescenti possono anche paradossalmente essere pro-infiammatorie e quindi forse contribuire all’immunopatologia. I pazienti più anziani sperimentano una linfopenia più grave durante COVID-19 (rif.10), sebbene non sia chiaro se la linfopenia associata all’invecchiamento sia causale della gravità della malattia o viceversa.
Gli uomini con COVID-19 hanno tassi di ospedalizzazione e mortalità più elevati rispetto alle donne58 e, tra i casi gravi di malattia, gli uomini hanno una linfopenia più grave59. Potrebbe anche esserci un pregiudizio per una più forte attivazione delle cellule T CD4 + e CD8 + nelle donne con COVID-19 (rif.60). Non è chiaro se questi pregiudizi sessuali si riferiscano ai geni immunitari codificati per il cromosoma X58 e / o al ruolo degli ormoni sessuali nella regolazione delle risposte immunitarie61. Tuttavia, questi dati evidenziano l’importanza di tenere conto del sesso negli studi clinici in corso.
Una percentuale molto elevata di pazienti con COVID-19 ricoverati in ospedale presenta una o più co-morbilità cardiovascolari sottostanti44,45,62-64. Inoltre, molte delle manifestazioni di malattia grave sono correlate a coagulopatie e complicanze vascolari62,64.
Anche la sindrome infiammatoria multisistemica associata a SARS-CoV-2 recentemente riconosciuta nei bambini ha somiglianze con la malattia di Kawasaki, che spesso coinvolge l’infiammazione dell’arteria coronaria65,66.
Altre infezioni virali, tra cui il virus Ebola e il virus della coriomeningite linfocitica virulenta nei topi, possono causare danni all’endotelio vascolare. Questi virus infettano l’endotelio vascolare e le cellule T possono quindi causare danni vascolari attaccando le cellule infettate dal virus67-69. Tuttavia, la presentazione della malattia in questi contesti è distinta da quella per COVID-19 e un’estesa infezione SARS-CoV-2 dell’endotelio vascolare è improbabile nella maggior parte dei pazienti.
L’obesità contribuisce anche a un COVID-19 più grave e a tassi più elevati di ospedalizzazione46,70, che sono forse associati al ruolo dell’indice di massa corporea nella salute cardiovascolare. Tuttavia, l’obesità può anche influenzare direttamente la risposta dei linfociti T alla vaccinazione influenzale71 o all’infezione72, ed è stato osservato un ruolo dell’obesità nell’alterazione della differenziazione delle cellule T nell’asma73 e nell’infiammazione cronica74. Tuttavia, il ruolo preciso dei linfociti T nel guidare le coagulopatie o l’infiammazione che sono caratteristiche del COVID-19 grave nei pazienti con comorbilità cardiovascolari non è chiaro.
Infine, un recente studio di associazione genetica ha confrontato pazienti con COVID-19 grave e ARDS con controlli sani49. Diversi geni del recettore delle chemochine, inclusi CCR9, CXCR6 e XCR1, e il locus che controlla il gruppo sanguigno ABO sono stati identificati come associati a una malattia grave.
Tuttavia, se questi geni siano direttamente o indirettamente correlati alle risposte delle cellule T in COVID-19, rimane sconosciuto e necessita di ulteriori indagini.
Pertanto, sebbene il COVID-19 grave sia parzialmente caratterizzato da pazienti con comorbilità, il modo in cui queste comorbilità si relazionano alle risposte dei linfociti T rimane scarsamente compreso. Possono esistere associazioni causali, forse collegate ad alcune delle genetiche sottostanti. Tuttavia, è anche possibile che alcune comorbilità o condizioni preesistenti rendano i pazienti con malattia grave meno in grado di tollerare la grave patologia mediata da virus e immunomediata associata all’infezione da SARS-CoV-2.
Forza della risposta delle cellule T COVID-19
I dati pubblicati qui discussi indicano che i pazienti con COVID-19 grave possono avere risposte delle cellule T insufficienti o eccessive. È possibile, quindi, che la malattia possa manifestarsi in diversi pazienti a entrambe le estremità di questo spettro di risposta immunitaria, in un caso da patologia mediata da virus e nell’altro caso da immunopatologia guidata da cellule T4.
Tuttavia, non è chiaro il motivo per cui alcuni pazienti rispondono troppo poco e altri troppo e se la forza della risposta delle cellule T nel sangue periferico rifletta l’intensità della risposta delle cellule T nel tratto respiratorio e in altri organi infetti da SARS-CoV-2 . Esistono alcune informazioni sui linfociti T specifici per SARS-CoV-2 in pazienti ricoverati in ospedale e gli approcci che utilizzano marcatori di attivazione (come Ki67) probabilmente catturano le risposte delle cellule T specifiche del virus; studi recenti stanno iniziando a completare questo quadro identificando cellule T CD4 + specifiche del virus e cellule T CD8 + nella malattia acuta5,29,30.
Tuttavia, una serie di informazioni mancanti è un’attenta analisi immunitaria dei pazienti ambulatoriali che, durante l’infezione acuta da SARS-CoV-2, stanno subendo una risposta immunitaria “positiva”. Inoltre, sarà fondamentale incorporare in qualsiasi modello di COVID-19 come l’entità e la qualità delle risposte dei linfociti T si relazionano ai segnali provenienti da altre parti del sistema immunitario, come le citochine innate, la presentazione dell’antigene e le cellule mieloidi. Infine, la forza della risposta delle cellule T può anche riguardare lo stadio della malattia o dell’infezione. Anche la valutazione accurata delle diverse “fasi” dell’infezione acuta da SARS-CoV-2 può essere utile per interpretare le risposte delle cellule T.
Pertanto, studi futuri dovrebbero fornire approfondimenti su come identificare i pazienti in diversi stadi della malattia o con diverse caratteristiche di risposta immunitaria e quindi abbinarli alle strategie di trattamento. Tale strategia di medicina di precisione basata sull’analisi della ‘salute immunitaria’ potrebbe essere utilizzata per adattare meglio l’uso di strategie immunostimolatorie come la timosina α1 (rif.25) o l’interferone di tipo I 75 rispetto a farmaci immunosoppressori come tocilizumab76-78, ruxolitinib79 o desametasone80 per pazienti che riceveranno i maggiori benefici.
Questi sforzi dovrebbero essere aiutati dallo sviluppo di migliori modelli preclinici, compresi i topi che esprimono ACE2 umani81-85. Sarà interessante in futuro utilizzare tali modelli per affrontare questioni chiave, tra cui: che cos’è un profilo “appropriato” di attivazione e differenziazione dei linfociti T per una risposta antivirale di successo a SARS-CoV-2 senza innescare patologie gravi; in che modo la carica virale o l’inoculo iniziale di SARS-CoV-2 influisce sulle risposte delle cellule T e sulla patologia; come si relazionano le risposte dei linfociti T nel sangue ai linfociti T che si infiltrano nei polmoni, considerando che molti virus respiratori sono controllati da cellule immunitarie residenti nei tessuti che potrebbero non essere presenti nel sangue; e quali sono i meccanismi molecolari che supportano una risposta positiva delle cellule T durante l’infezione da SARS-CoV-2?
Memoria delle cellule T in COVID-19
Una domanda chiave è se la memoria protettiva delle cellule T può formarsi a seguito dell’infezione da SARS-CoV-2 o della vaccinazione. Sebbene i dati sulla vaccinazione attendano i risultati della sperimentazione, i primi dati dei pazienti con COVID-19 che si sono ripresi sono promettenti.
Memoria Le cellule T CD4 + e le cellule T CD8 + sono state rilevate rispettivamente nel 100% e nel 70% dei pazienti guariti29.
Inoltre, le risposte delle cellule T della memoria sono state rilevate per più proteine SARS-CoV-2, incluse non solo la proteina spike ma anche la nucleoproteina e la proteina di membrana31.
Non è chiaro se queste cellule T forniscano un’immunità protettiva e affrontare questa domanda per le sole cellule T sarà confuso dalla presenza di anticorpi specifici per SARS-CoV-2 nei pazienti che guariscono. Tuttavia, l’analisi in corso dei pazienti che si sono ripresi dovrebbe fornire approfondimenti sulla capacità protettiva della memoria immunitaria, inclusa la memoria umorale e cellulare, poiché questi individui sono potenzialmente riesposti alla SARS-CoV-2 nella comunità.
Ulteriori studi dovrebbero anche definire lo stato di differenziazione e la durata della memoria delle cellule T. Inoltre, sarà importante definire come si forma la memoria delle cellule T nei pazienti che manifestano sintomi lievi di COVID-19 rispetto a una malattia grave. Sebbene le prove della memoria delle cellule T ad altri coronavirus siano incoraggianti, tali studi sulla storia naturale immunitaria per SARS-CoV-2 saranno probabilmente preziosi per esaminare le risposte delle cellule T indotte dal vaccino.
Conclusioni
L’evidenza accumulata supporta un ruolo dei linfociti T nel COVID-19 e probabilmente nella memoria immunologica che si forma a seguito del recupero dall’infezione SARS-CoV-2. La maggior parte, sebbene non tutti, i pazienti ricoverati sembrano montare sia le risposte dei linfociti T CD8 + che CD4 +, e l’evidenza indica possibili risposte dei linfociti T non ottimali, eccessive o comunque inappropriate associate a malattia grave.
In effetti, possono esistere più modelli distinti di risposta delle cellule T in diversi pazienti, il che suggerisce la possibilità di approcci clinici distinti su misura per il particolare immunotipo di un paziente specifico. Gran parte dei dati disponibili sulle risposte delle cellule T in pazienti con COVID-19 ricoverati in ospedale è ancora disponibile solo in formato prestampato.
Questo formato è stato essenziale per la rapida diffusione delle informazioni nel contesto dell’urgenza pandemica. Tuttavia, poiché questi studi passano attraverso la revisione tra pari, dovremmo acquisire maggiore fiducia e chiarezza sulla natura delle risposte delle cellule T all’infezione da SARS-CoV-2. Definire più attentamente classi distinte di tipi di risposta delle cellule T in COVID-19 e delineare come condizioni preesistenti, comorbilità, razza, stato di “salute immunitaria” e altre variabili influenzano le risposte delle cellule T dovrebbero rivelare nuove opportunità di trattamento e prevenzione.
link di riferimento: https: //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7389156/
Maggiori informazioni: undefined undefined et al. Cellule T CD4 + e CD8 + di memoria ampia e forte indotte da SARS-CoV-2 in soggetti convalescenti nel Regno Unito dopo COVID-19, Nature Immunology (2020). DOI: 10.1038 / s41590-020-0782-6
