I ricercatori australiani hanno rivelato – per la prima volta – che le persone che sono state infettate dal virus COVID-19 hanno una memoria immunitaria per proteggersi dalla reinfezione per almeno otto mesi.
La ricerca è la prova più forte per la probabilità che i vaccini contro il virus, SARS-CoV-2 , funzioneranno per lunghi periodi. In precedenza, molti studi hanno dimostrato che la prima ondata di anticorpi contro il coronavirus diminuisce dopo i primi mesi, sollevando la preoccupazione che le persone possano perdere rapidamente l’immunità.
Questo nuovo lavoro allevia queste preoccupazioni.
Lo studio è il risultato di una collaborazione multicentrica guidata dal Professore Associato Menno van Zelm, del Dipartimento di Immunologia e Patologia della Monash University, con l’Alfred Research Alliance tra la Monash University, l’ospedale Alfred e il Burnet Institute, e pubblicato oggi su la prestigiosa rivista Science Immunology.
La pubblicazione rivela la scoperta che cellule specifiche all’interno del sistema immunitario chiamate cellule B della memoria, “ricordano” l’infezione da parte del virus e, se sfidate di nuovo, attraverso la riesposizione al virus, innesca una risposta immunitaria protettiva attraverso la rapida produzione di anticorpi protettivi.
I ricercatori hanno reclutato una coorte di 25 pazienti COVID-19 e ne hanno prelevato 36 campioni di sangue dal giorno 4 dopo l’infezione al giorno 242 dopo l’infezione.
Come con altri studi – guardando solo alla risposta anticorpale – i ricercatori hanno scoperto che gli anticorpi contro il virus hanno iniziato a diminuire dopo 20 giorni dall’infezione.
Tuttavia, cosa importante, tutti i pazienti hanno continuato ad avere cellule B della memoria che riconoscevano uno dei due componenti del virus SARS-CoV-2 , le proteine spike e nucleocapside. Queste cellule B della memoria specifiche del virus erano presenti stabilmente fino a otto mesi dopo l’infezione.
Secondo il professore associato van Zelm, i risultati danno speranza all’efficacia di qualsiasi vaccino contro il virus e spiegano anche perché ci sono stati così pochi esempi di vera reinfezione tra i milioni di coloro che sono risultati positivi al virus a livello globale.
“Questi risultati sono importanti perché mostrano, in modo definitivo, che i pazienti infettati dal virus COVID-19 mantengono in realtà l’ immunità contro il virus e la malattia”, ha detto.
“Questa è stata una nuvola nera che incombeva sulla potenziale protezione che potrebbe essere fornita da qualsiasi vaccino COVID-19 e dà la speranza reale che, una volta sviluppati uno o più vaccini, forniranno protezione a lungo termine”.
Il betacoronavirus della sindrome respiratoria acuta grave in rapida diffusione coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ha infettato milioni di persone e ucciso centinaia di migliaia in tutto il mondo nel 2020. L’infezione causa la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19), che varia nella presentazione da asintomatica a fatale.
La stragrande maggioranza delle persone infette manifesta sintomi lievi che non richiedono il ricovero in ospedale (Wu e McGoogan, 2020). È di fondamentale importanza capire se gli individui infetti da SARS-CoV-2 che guariscono da una malattia lieve sviluppano cellule di memoria immunitaria funzionale in grado di proteggersi dalle successive infezioni da SARS-CoV-2, riducendo così la trasmissione e la malattia COVID-19.
La memoria immunologica è mediata principalmente dalle cellule del sistema immunitario adattativo. In risposta alla maggior parte delle infezioni virali acute, i linfociti B e T che possono legarsi alle proteine virali attraverso i loro recettori antigenici e diventare attivati, espandersi, differenziarsi e iniziare a secernere molecole effettrici per aiutare a controllare l’infezione.
Dopo la risoluzione dell’infezione, circa il 90% di queste “cellule effettrici” virus-specifiche muore, mentre il 10% persiste come cellule di “memoria” a vita lunga (Ruterbusch et al., 2020). Le cellule della memoria immunitaria possono produrre un rifornimento continuo di molecole effettrici, come si è visto con le plasmacellule che secernono anticorpi (LLPC) a lunga vita.
Nella maggior parte dei casi, tuttavia, i linfociti della memoria quiescente sono strategicamente posizionati per riattivarsi rapidamente in risposta alla reinfezione ed eseguire programmi effettori impressi su di essi durante la risposta primaria. Dopo la reinfezione, le cellule B di memoria specifiche del patogeno (MBC) che esprimono i recettori associati all’esperienza dell’antigene e il fattore di trascrizione T-bet proliferano rapidamente e si differenziano in plasmablasti (PB) che secernono anticorpi G + immunoglobuline protettive (Ig) (Kim et al ., 2019; Knox et al., 2019; Nellore et al., 2019).
Le cellule T CD4 + di memoria che esprimono T-bet riattivate proliferano, “aiutano” ad attivare gli MBC e secernono citochine (compreso l’interferone [IFN] -γ) per attivare le cellule innate (Ruterbusch et al., 2020). Nel frattempo, le cellule T CD8 + della memoria secernono anche citochine e uccidono le cellule infettate da virus direttamente attraverso la consegna di molecole citolitiche (Schmidt e Varga, 2018).
Queste popolazioni di memoria specifica del virus potenziate quantitativamente e qualitativamente si coordinano per eliminare rapidamente il virus, prevenendo così la malattia e riducendo la possibilità di trasmissione. È quindi fondamentale valutare l’intero quadro delle risposte della memoria immunitaria specifiche per SARS-CoV-2 per determinare se un’infezione lieve induca una difesa duratura e multistrato.
Per infettare le cellule e propagarsi, SARS-CoV-2 si basa sull’interazione tra il dominio di legame del recettore (RBD) della sua proteina spike (S) e l’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2) sulle cellule ospiti (Hoffmann et al., 2020) . Diversi studi hanno dimostrato che la maggior parte degli individui infettati da SARS-CoV-2 produce anticorpi specifici per S e RBD durante le prime 2 settimane della risposta primaria e che gli anticorpi monoclonali specifici per RBD possono neutralizzare il virus in vitro e in vivo ( Long et al., 2020; Robbiani et al., 2020; Shi et al., 2020). Pertanto, gli anticorpi specifici per RBD contribuirebbero probabilmente alla protezione in risposta alla reinfezione se mantenuti nel plasma dagli LLPC o espressi rapidamente dagli MBC.
Abbiamo quindi valutato le risposte immunitarie specifiche per SARS-CoV-2 a 1 e 3 mesi dall’insorgenza dei sintomi in individui che avevano manifestato COVID-19 lieve. Abbiamo scoperto che una risposta multipotente della memoria immunitaria specifica per SARS-CoV-2 si forma e viene mantenuta negli individui guariti per la durata del nostro studio.
Inoltre, i linfociti della memoria persistente mostrano i segni distintivi dell’immunità antivirale protettiva, inclusa una popolazione numericamente aumentata di cellule B della memoria specifiche del virus in grado di esprimere anticorpi neutralizzanti SARS-CoV-2.
Discussione
Sebbene sia necessario un vaccino per raggiungere in sicurezza l’immunità del gregge contro SARS-CoV-2, capire se l’infezione naturale induce una memoria immunologica virale specifica che potrebbe influenzare la trasmissione e la gravità della malattia è fondamentale per controllare questa pandemia. Abbiamo quindi studiato se gli individui che hanno sperimentato COVID-19 lieve sviluppassero e sostenessero una memoria immunitaria funzionale multistrato.
Abbiamo scoperto che 3 mesi dopo COVID-19 lievemente sintomatico, gli individui guariti avevano formato un arsenale espanso di cellule di memoria immunitaria specifiche per SARS-CoV-2 che mostravano funzioni antivirali protettive. Gli individui recuperati presentavano un aumento degli anticorpi neutralizzanti, IgG + MBC classici con BCR che formavano anticorpi neutralizzanti, CXCR5 + Tfh che producono citochine Th1 e cellule CXCR5- non-Tfh in circolazione, cellule di memoria CXCR3 + CD4 + proliferanti e cellule T CD8 + che producono IFN-γ.
Questi componenti della memoria immunitaria sono stati tutti associati alla protezione da altri virus nell’uomo (Ahmed e Gray, 1996; Amanna et al., 2007; Morita et al., 2011). Insieme, questi dati dimostrano che tutti gli individui recuperati nella nostra coorte hanno formato una difesa multiforme, il che suggerisce che è probabile che i vaccini con virus attenuati abbiano un successo simile nell’indurre una risposta della memoria immunitaria funzionale.
La produzione sostenuta di anticorpi neutralizzanti IgG + specifici per il virus è un frequente correlato della protezione dalle infezioni virali (Amanna et al., 2007). Alcuni studi che esaminano la longevità della risposta anticorpale ai coronavirus hanno suggerito che gli anticorpi diminuiscono rapidamente (Seow et al., 2020; Tang et al., 2011; Wu et al., 2007).
Il nostro studio, così come altri studi recenti, ha esaminato i punti temporali della memoria in cui si pensa che solo gli LLPC, e non i PB di breve durata, producano anticorpi circolanti. Insieme, dimostriamo che anticorpi plasmatici specifici IgG + RBD elevati e plasma neutralizzante vengono generati e mantenuti a livelli elevati per almeno 3 mesi dopo l’infezione da SARS-CoV-2 (Isho et al., 2020; Perreault et al., 2020; Ripperger et al., 2020; Wajnberg et al., 2020).
Quale livello di anticorpo è necessario per contribuire alla protezione e se tale livello verrà mantenuto a lungo termine richiederà studi su momenti successivi. Sebbene abbiamo rilevato precocemente gli anticorpi IgA + RBD specifici, i livelli erano diminuiti significativamente entro 3 mesi, suggerendo che l’IgA precoce era derivato da PB di breve durata. Gli LLPC produttori di IgA non si formano o vengono sequestrati in un tessuto in modo tale che gli anticorpi non vengano secreti nel sangue.
Le cellule B e T della memoria funzionale specifica del virus sono mediatori chiave della memoria immunitaria protettiva (Plotkin, 2010) e, a differenza degli LLPC, possono essere misurati direttamente. Sebbene studi precedenti abbiano descritto l’emergere di MBC specifici per SARS-CoV-2 entro un mese dall’infezione (Grifoni et al., 2020; Juno et al., 2020), (Wilson et al., 2020) abbiamo caratterizzato SARS-CoV -2 MBC specifici a 1 e 3 mesi dall’insorgenza dei sintomi negli stessi individui per determinare se questa popolazione è mantenuta.
Il nostro studio ha anche analizzato ulteriori attributi degli MBC che sono stati associati alla protezione antivirale. Il nostro studio ha rivelato una popolazione prominente di IgG + CD27 + CD21 + MBC specifici per RBD, che, in altre infezioni, è stata associata alla derivazione GC, rapida differenziazione in PB secernenti anticorpi dopo la riesposizione (Nellore et al., 2019), ed efficaci risposte antivirali (Rubtsova et al., 2013).
Non solo questa popolazione è stata mantenuta da 1 a 3 mesi, ma il numero è aumentato in modo significativo. Abbiamo anche scoperto che queste cellule esprimono BCR in grado di neutralizzare SARS-CoV-2 quando espresse come anticorpi monoclonali. Circa la metà degli anticorpi derivati dagli IgG + MBC analizzati è stata in grado di neutralizzare il virus in vitro.
Tutte le BCR hanno mostrato SHM e il numero di mutazioni dalle BCR della Visita 1 era simile a quelle precedentemente riportate da campioni ottenuti in un momento simile (Robbiani et al., 2020). SHM è leggermente aumentato nelle catene pesanti e leggere dalla Visita 1 alla Visita 2, il che potrebbe riflettere un’ulteriore maturazione di affinità nel GC, ma sono necessarie ulteriori analisi di un numero maggiore di campioni. Presi insieme, questi dati suggeriscono che dopo la riesposizione a SARS-CoV-2, questi individui avranno MBC che possono generare rapidamente titoli anticorpali neutralizzanti SARS-CoV-2 e aiutare a controllare l’infezione.
Le cellule T CD4 + della memoria possono aiutare a riattivare gli MBC attraverso la loro espressione di molecole chiave associate alle interazioni TB tra cui CXCR5, ICOS, CD40L e una varietà di citochine (Vinuesa et al., 2016). Le cellule T di memoria CD4 + specifiche per SARS-CoV-2 in individui recuperati nella nostra coorte hanno mostrato la capacità di esprimere tutte queste molecole e di subire una robusta proliferazione dopo la riesposizione alla proteina spike. In particolare, i linfociti T di memoria CD4 + spike-specifici da individui CoV2 + hanno mostrato rapidamente un aumento dei livelli di ICOS e CD40L sulle cellule CXCR5 + e CXCR5– dopo la stimolazione e l’espressione delle citochine Th1- e Th17 associate.
Questi risultati sono coerenti con altri rapporti recenti di cellule cTfh specifiche per SARS-CoV-2 (Juno et al., 2020), sebbene abbiano rilevato un’alta frequenza di cellule cTfh simili a Th17, che potrebbe essere dovuta al punto temporale precedente stavano esaminando come le cellule Th17 possono svilupparsi in cellule Th1 in ritardo in una risposta immunitaria (Lee et al., 2009). L’espressione di IFN-γ e IL-17 da parte delle cellule cTfh è notevole poiché queste citochine sono associate al passaggio di classe agli isotipi IgG e IgA, rispettivamente (Hirota et al., 2013; Peng et al., 2002).
Probabilmente abbiamo anche trovato cellule B e T di memoria cross-reattiva in controlli sani. In risposta a un’infezione virale, le cellule B che potrebbero riconoscere un antigene virale, ma non sono entrate in un GC, formano prevalentemente MBC IgM + e IgD + che tendono ad essere a bassa affinità e non formano rapidamente PB alla riesposizione, ma potrebbero essere in grado di riconoscere una variante della proteina virale (Weisel e Shlomchik, 2017).
Poiché abbiamo rilevato MBC IgM + e IgD + specifici per RBD negli HC, ipotizziamo che alcuni di questi potrebbero essere MBC cross-reattivi generati in risposta a una precedente infezione da coronavirus umano, come suggerisce un recente lavoro (Song et al., 2020). Abbiamo anche trovato un piccolo numero di cellule T di memoria CD4 + sensibili ai picchi negli HC, che altri gruppi hanno attribuito in modo simile a cellule T di memoria cross-reattive potenzialmente associate a una precedente infezione da coronavirus umano (Braun et al., 2020; Grifoni et al. , 2020; Sekine et al., 2020; Sette and Crotty, 2020). Abbiamo anche trovato cellule T di memoria CD8 + specifiche per SARS-CoV-2 in numero uguale negli individui HC e CoV2 +.
Questa scoperta suggerisce una reattività crociata all’interno di una popolazione di cellule di memoria CD8 + che producono IFN-γ nei nostri campioni HC e solleva la possibilità che la nostra incapacità di interrogare le cellule di memoria residenti CD8 + nei polmoni possa mascherare la vera espansione di questo compartimento in individui CoV2 +. Il modo in cui queste cellule cross-reattive contribuiscono alla risposta della memoria SARS-CoV-2 negli individui guariti è difficile da discernere senza la conoscenza dei repertori BCR e TCR specifici per SARS-CoV-2 di ciascun individuo prima dell’infezione. Tuttavia, possiamo concludere che il COVID-19 lieve induce una popolazione espansa di MBC e cellule T di memoria CD4 + con marcatori di maggiore funzionalità rispetto al pool cross-reattivo presente nei nostri controlli.
Al momento è impossibile eseguire studi di reinfezione controllati da SARS-CoV-2 per testare la capacità protettiva dei linfociti della memoria specifici per SARS-CoV-2 che abbiamo descritto negli esseri umani. Tuttavia, studi precedenti sui coronavirus umani hanno dimostrato una protezione dal rechallenge omologa correlata ai titoli anticorpali (Callow et al., 1990).
Sebbene gli studi sulla SARS-CoV-2 abbiano confermato rare seconde esposizioni mesi dopo la prima, suggeriscono che l’esposizione precedente possa essere protettiva (Abu-Raddad, 2020; To et al., 2020). Ulteriori studi hanno supportato questa scoperta, comprese le prove di un peschereccio in cui l’85% dell’equipaggio è stato infettato, ma 3 individui precedentemente esposti con anticorpi neutralizzanti non si sono ammalati (Addetia et al., 2020).
Più recentemente, durante un’epidemia in un campo notturno, nessuno dei partecipanti che erano sieropositivi (16%) prima di partecipare al campo è risultato positivo all’infezione, mentre il 91% della popolazione suscettibile rimanente è risultato positivo all’infezione (Pray, 2020).
Gli studi sugli animali forniscono ulteriore supporto, poiché i macachi infettati con SARS-CoV-2 erano protetti dal rechallenge (Chandrashekar, 2020). Sebbene questi studi supportino il ruolo della memoria immunitaria che contribuisce alla protezione dalla riesposizione a SARS-CoV-2, studi futuri richiederanno dati sul compartimento della memoria immunitaria specifico per SARS-CoV-2 prima della riesposizione per valutare una correlazione con la protezione. .
È anche importante notare che diversi livelli di gravità di COVID-19 potrebbero essere associati a diversi livelli di memoria immunitaria e successiva protezione immunitaria. Ci siamo concentrati sulla risposta della memoria immunitaria a COVID-19 lieve, ma non è ancora chiaro se popolazioni di memoria simili si formino dopo COVID-19 grave.
In uno studio in gran parte istologico sui tessuti post mortem di pazienti che hanno ceduto a COVID-19 grave, la mancanza di formazione di GC o la generazione di linfociti CD4 + Tfh necessari per una risposta ottimale della memoria immunitaria ha suggerito che la formazione della memoria immunitaria potrebbe essere difficile (Kaneko et al., 2020).
Tuttavia, poiché questi pazienti sono morti per malattia acuta, è impossibile determinare se i centri germinali siano stati temporaneamente interrotti a causa di infiammazione acuta, come è stato visto in altre malattie altamente infiammatorie come la malaria (Keitany, 2016). Sebbene siano necessari ulteriori studi per determinare quanto dura la memoria dell’infezione da SARS-CoV-2, il nostro lavoro suggerisce che il COVID-19 lieve induce una memoria immunitaria persistente e sfaccettata.
Questi linfociti funzionali antivirali della memoria sono pronti per una risposta coordinata alla riesposizione a SARS-CoV-2 che potrebbe contribuire all’immunità e aiutare a ridurre la pandemia.
link di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7682481/
Ulteriori informazioni: generazione rapida di memoria cellulare B durevole per proteine spike e nucleocapside SARS-CoV-2 in COVID-19 e convalescenza, Science Immunology 22 dicembre 2020: vol. 5, numero 54, eabf8891, DOI: 10.1126 / sciimmunol.abf8891 , immunology.sciencemag.org/content/5/54/eabf8891
