L’immunità naturale alla SARS-CoV-2 sembra conferire un effetto protettivo per almeno un anno

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I dati a lungo termine dal nord Italia – un’area duramente colpita durante i primi giorni della pandemia – suggeriscono che la reinfezione dopo il recupero dall’infezione da COVID-19 è molto rara e l’immunità negli ex pazienti potrebbe essere di lunga durata.

“L’immunità naturale a SARS-CoV-2 sembra conferire un effetto protettivo per almeno un anno, che è simile alla protezione riportata in recenti studi sui vaccini”, ha concluso un team guidato dal dott. Nicola Mumoli, dell’Ospedale Fornaroli di Magenta, Italia.

I risultati, che si basano sulle cartelle cliniche di oltre 15.000 persone, sono stati pubblicati il ​​28 maggio sulla rivista JAMA Internal Medicine.

Nonostante i risultati incoraggianti, ci sono ancora ragioni importanti per le persone che hanno subito il COVID-19 per farsi vaccinare, ha affermato un esperto che ha scritto un editoriale che ha accompagnato lo studio.

“In primo luogo, non sappiamo quanto dura l’immunità naturale” dopo il recupero da COVID , ha scritto il dott. Mitchell Katz, di New York Health and Hospitals. Inoltre, non è chiaro quanta immunità basata sulla malattia protegga dalle nuove varianti di SARS-CoV-2, ha aggiunto.

Infine, c’è un vantaggio sociale più ampio nel far vaccinare tutti, ha detto Katz.

“Raggiungere l’immunità di gregge attraverso l’infezione naturale è un processo lungo e doloroso e, storicamente, l’unica malattia umana da sradicare, il vaiolo, è stata debellata attraverso la vaccinazione, non l’infezione naturale”, ha sottolineato.

Nello studio italiano, la reinfezione è stata definita come il verificarsi di una nuova infezione almeno 90 giorni dopo la “risoluzione completa della prima infezione”, per assicurarsi che non vi fosse confusione sulle tracce della prima infezione persistenti nei test.

Il gruppo di Mumoli ha monitorato i tassi di nuove infezioni tra oltre 15.000 residenti nella regione Lombardia, nel nord Italia, utilizzando i tamponi PCR COVID che sono stati effettuati dall’inizio del 2020 fino alla fine di febbraio 2021.

Quasi 13.000 erano risultati negativi per COVID-19 nei loro test iniziali, mentre 1.579 erano risultati positivi.

Nel giro di circa un anno, il 3,9% delle persone che non erano mai risultate positive al test COVID-19 nei test precedenti ha acquisito un’infezione da COVID, ha riferito il gruppo di Mumoli.

Al contrario, solo lo 0,31% – cinque persone – di coloro che erano stati precedentemente infettati ha contratto un secondo attacco della malattia. Quattro dei cinque pazienti hanno lavorato o visitato ospedali, hanno osservato i ricercatori, suggerendo che avevano esposizioni potenziali particolarmente elevate al virus. Solo 1 paziente reinfettato su 5 era abbastanza malato da richiedere il ricovero in ospedale.

Inoltre, la reinfezione in genere si verificava solo dopo che era trascorso molto tempo: il tempo medio dall’infezione iniziale alla reinfezione era di 230 giorni, hanno scoperto Mumoli e i suoi colleghi.

Ma i ricercatori hanno sottolineato che nulla di tutto ciò significa che i precedentemente infetti dovrebbero saltare la vaccinazione COVID-19. Facendo eco a Katz, hanno notato che il loro studio “è terminato prima che le varianti di SARS-CoV-2 iniziassero a diffondersi, e non si sa quanto bene l’immunità naturale al virus [originale] di tipo selvatico proteggerà dalle varianti”.


SARS-CoV-2 può causare infezioni asintomatiche in alcuni individui, sintomi da lievi a moderati che si autorisolvono in altri e manifestazioni gravi come la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS), disturbi della coagulazione e morte in sottogruppi più piccoli di pazienti.1-3

La gamma dei sintomi è molto variabile e può includere molti organi e sistemi diversi.4 Inoltre, alcuni individui manifestano sintomi prolungati, se non viremia prolungata, un fenomeno spesso definito “COVID-19 lungo” o “COVID-19 postacuto”. .5

Tra i bambini, una piccola percentuale sviluppa una sindrome infiammatoria multiorgano (MIS-C),6 7 di solito dopo la risoluzione dell’infezione virale. Sebbene sia noto che fattori clinici come l’età e condizioni preesistenti come l’obesità e il diabete aumentano il rischio di malattie gravi,8 9 vi è l’incapacità di prevedere con precisione chi è maggiormente a rischio e chi sperimenterà particolari sintomi o sequele.

La variazione nello spettro della malattia COVID-19 potrebbe potenzialmente derivare dalla variazione virale, che viene sempre più descritta.10 11 Tuttavia, non è ancora chiaro se i ceppi di virus mutanti emergenti causino un aumento della gravità della malattia o semplicemente un aumento della trasmissibilità.

Può certamente esserci un contributo di fattori genetici dell’ospite, inclusi alcuni correlati al legame e all’ingresso del virus.12-14 Ma sono state implicate anche variazioni genetiche nella risposta immunitaria, comprese varianti recentemente scoperte nell’immunità IFN di tipo I associate a malattie gravi.15 In effetti, è probabile che la variabilità nella risposta immunitaria dell’ospite svolga un ruolo importante nel determinare il decorso dell’infezione da SARS-CoV-2, come esemplificato nella figura 1 e discusso in dettaglio qui.

Detto questo, è necessario applicare il profilo immunitario per comprendere meglio l’interazione di questo virus con il sistema immunitario umano e come questo influenzi gli esiti clinici e informi lo sviluppo del vaccino.

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Figura 1
Decorso immunologico di COVID-19 lieve rispetto a grave. Le cellule e le proteine ​​secrete coinvolte nella risposta immunitaria sono rappresentate dal basso verso l’alto, a partire dalle interazioni virali con le cellule che presentano l’antigene come le DC. I risultati in verde rispetto a rosso sono stati associati rispettivamente a malattia lieve o grave. DC, cellule dendritiche; MDSC, cellule soppressori di derivazione mieloide; pDC, plasmocitoide.

Mentre altri articoli in questa serie di recensioni affronteranno l’interazione tra cancro e COVID-19, questa recensione fornirà una panoramica del profilo immunitario COVID-19 in generale. Il profilo immunitario è solitamente suddiviso in test umorali o sierologici, che misurano le risposte anticorpali e i fattori solubili come le citochine; e saggi cellulari, che valutano le cellule immunitarie globali e quelle antigene-specifiche (figura 2).

Questi ultimi saggi possono profilare le cellule del sistema immunitario innato e/o adattativo. Tutte queste risposte immunitarie sono rilevanti per COVID-19, quindi mentre vengono esaminate individualmente qui, un approccio completo sarà più informativo. Per ogni tipo di reperto immunitario vengono forniti uno o pochi riferimenti chiave, poiché la letteratura è già così vasta da precludere la citazione di tutti i documenti rilevanti in questo campo.

Inoltre, questa revisione si concentra principalmente sulle risposte immunitarie misurate nel sangue; ma preziose osservazioni (discriminando i livelli di gravità del COVID-19, ad esempio) possono essere fatte da studi su singole cellule di tessuti come i polmoni o fluidi come il lavaggio broncoalveolare, quando disponibili.16

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Figura 2
Biomarcatori immunologici e piattaforme di analisi comuni impiegate per rilevarli. Le tecniche elencate non intendono essere esaustive.

Sierologia: anticorpi

Le risposte anticorpali sono l’aspetto più studiato del sistema immunitario e sono state certamente ben caratterizzate in COVID-19.18 Possono essere misurate mediante ELISA e mediante immunodosaggi multiplex, utilizzando letture di elettrochemiluminescenza a base di microsfere o piastre di microtitolazione. Un multiplexing ancora più elevato può essere ottenuto con microarray di proteine/peptidi.19 20 La capacità di neutralizzazione può essere misurata mediante saggi di infettività, per i quali sono state impiegate pseudoparticelle lentivirali che esprimono la proteina spike di SARS-CoV-2 per ridurre i rischi di rischio biologico.21

La maggior parte degli individui infetti genera una risposta anticorpale rilevabile alla SARS-CoV-2, compresi gli anticorpi IgM, IgG e IgA contro la proteina spike e il suo dominio di legame al recettore.18 22 Queste risposte tendono ad essere più elevate nei casi più gravi, sebbene vi sia notevole eterogeneità della popolazione. I livelli di anticorpi generalmente raggiungono il picco entro 2 settimane per le IgM e 3 settimane per le IgG,23 sia per i bersagli nucleocapside sia per le proteine ​​spike.

Queste risposte sono relativamente stabili per almeno 8 mesi o più, sebbene il grado di declino sia stato discusso. Mentre un grande studio islandese24 e un altro studio ancora più ampio di New York25 hanno riportato che gli anticorpi “non diminuiscono” e “persistono” per diversi mesi, altri studi (più piccoli) hanno mostrato un lento decadimento dei titoli,26 27 con uno studio che mostrava una diminuzione media di 34,8 % su 3 mesi.26

Queste osservazioni sono state più o meno corroborate anche da un preprint che descrive una coorte molto ampia del Regno Unito, dove è stata osservata una diminuzione media del 26,5% in 3 mesi.28 Questo declino era dipendente dall’età, con diminuzioni maggiori negli anziani. Un altro studio sugli operatori sanitari ha riportato che il 91% degli individui sieropositivi è rimasto sieropositivo per 3-5 mesi, il che è in linea con cali generalmente piccoli in questo periodo.29 È stata anche segnalata una buona correlazione tra anticorpi IgG totali e neutralizzanti.26

È interessante notare che le cellule B della memoria sembrano persistere o aumentare anche quando i livelli anticorpali diminuiscono.30 31 Inoltre, Gaebler et al 32 hanno mostrato che le cellule B della memoria non solo persistono, ma subiscono un’ipermutazione somatica nel corso di 6 mesi, coerente con l’antigene persistente.

Ciò che è meno certo è se la protezione contro COVID-19 sia durevole in un arco di tempo di anni, dato che la protezione contro altri coronavirus in circolazione tende ad essere di breve durata, come si vede dall’aumento della reinfezione dopo 1 anno.33 Ciò potrebbe essere dovuto alla diminuzione degli anticorpi titoli, in particolare gli anticorpi neutralizzanti e/o la diminuzione della risposta delle cellule T, quest’ultima da discutere più avanti in questa recensione.

È interessante notare che i centri germinali sono significativamente bloccati nel COVID-19, il che potrebbe influire sulla qualità e sulla durata degli anticorpi.34 ​​Tuttavia, si verifica ancora un’ipermutazione somatica degli anticorpi antivirali.30 ​​32 Cagigi et al 35 hanno anche scoperto che gli anticorpi delle vie aeree tendono a diminuire rapidamente, nonostante il siero persistente IgG nei pazienti con COVID-19.

Tutti questi studi sollevano domande sulla durata delle risposte ai vaccini, poiché i vaccini COVID-19 vengono ora distribuiti a un ritmo senza precedenti. Fortunatamente, i dati fino ad oggi non mostrano un drastico calo dei titoli anticorpali al giorno 119 nei destinatari di un vaccino mRNA.36 Se sarà necessario un “richiamo” annuale è ancora dibattuto, ma è probabile che la circolazione di nuove varianti guiderà questa necessità a almeno tanto, se non di più, dei titoli anticorpali in calo.

Nonostante la protezione di breve durata contro i coronavirus stagionali, molte persone (soprattutto i bambini) ospitano anticorpi contro uno o più di questi e tali anticorpi possono essere cross-reattivi con SARS-CoV-2.19 22 37 Ciò potrebbe spiegare parte della diminuzione del COVID -19 gravità generalmente osservata nei bambini. Tuttavia, i bambini (come gli adulti con malattia lieve o asintomatica) tendono a produrre risposte anticorpali inferiori a SARS-CoV-2 una volta infettati.38

La mappatura della specificità della proteina o anche dell’epitopo delle risposte anticorpali potrebbe fornire potenziali correlati di protezione o gravità della malattia. Un rapporto ha mostrato che le IgG specifiche per il nucleocapside sono significativamente più elevate nelle unità di terapia intensiva (ICU) rispetto ai pazienti non in terapia intensiva, mentre le IgG specifiche per il picco erano più elevate nei pazienti non in terapia intensiva.23 La combinazione di anticorpi specifici per il nucleocapside e per lo spike specifico il rilevamento è stato utile anche per identificare più pazienti infetti (75% con la combinazione).

Alcuni studi hanno ipotizzato il valore della sierologia contro gli antigeni eterologhi nel contesto del COVID-19. I vaccini come la difterite-tetano-pertosse condividono alcuni epitopi di cellule B cross-reattive con SARS-CoV2,39 che potrebbero offrire un livello di protezione incrociata nei bambini; ma questa idea è stata finora non testata.

L’infezione da CMV potrebbe contribuire all’immunosenescenza e alla gravità generale del COVID-19 negli anziani,40 sebbene anche questo sia speculativo. Per l’influenza, c’è poca cross-reattività epitopica con SARS-CoV-2,39 sebbene vi sia un rapporto che mostra una ridotta incidenza di sintomi respiratori COVID-19 nei pazienti pediatrici vaccinati per l’influenza rispetto a quelli non vaccinati.41 Naturalmente, questo potrebbe essere dovuto anche a fattori di confondimento non controllati nello studio.

Da queste osservazioni, possiamo trarre raccomandazioni per studi prospettici che utilizzino una valutazione sierologica completa. Ciò dovrebbe includere più proteine/epitopi di SARS-CoV-2, per massimizzare l’identificazione dei sieropositivi e potenzialmente rilevare le differenze tra i gruppi di gravità. Anche l’inclusione di antigeni eterologhi, come quelli dei coronavirus stagionali, potrebbe essere informativa.

Sierologia: citochine e altri mediatori solubili

Le citochine sono importanti molecole di segnalazione della risposta immunitaria e il loro aumento nel sangue o nei tamponi nasali o negli aspirati può essere predittivo e/o correlato al decorso della malattia. Le piattaforme per la misurazione delle citochine solubili si sono evolute dall’ELISA tradizionale a piattaforme multiplexate come saggi basati su sfere fluorescenti, saggi di elettrochemiluminescenza o microarray. Il saggio di estensione di prossimità (PEA) può essere utilizzato anche per la lettura multiplex di citochine e altre proteine ​​solubili. La PEA utilizza coppie di anticorpi marcati con DNA per generare un prodotto di reazione a catena della polimerasi (PCR) che viene letto mediante PCR quantitativa (qPCR).

Questa tecnologia fornisce un multiplexing molto elevato con una buona specificità,42 e viene utilizzata in ampi studi clinici sul COVID-19 come IMPACC (https://www.niaid.nih.gov/clinical-trials/immunophenotyping-assessment-covid-19- coorte-impac). È stato anche ampiamente utilizzato negli studi COVID-19 a livello di sistema come Su et al. 43 Un livello ancora maggiore di multiplexing è stato raggiunto con saggi basati su aptamer, che sono stati utilizzati anche per identificare le proteine ​​dell’ospite, molte delle quali associate a una variazione genetica che interagiscono o sono coinvolte in una risposta disadattiva a SARS-CoV-2.44

Una caratteristica chiave dell’ARDS grave associata a COVID-19 è l’alto livello di molte citochine proinfiammatorie nel siero, una cosiddetta “tempesta di citochine”.45 Sebbene il controllo di queste citochine sia stato ritenuto importante da molti,46 vi è controversia su la rilevanza di queste citochine per la patologia della malattia e se la “ tempesta ” è anche grave come in altre sindromi come l’ARDS correlata alla sepsi.47 48 Tuttavia, è chiaro che i livelli sierici di citochine sono un predittore della gravità della malattia, compresa l’interleuchina ( IL)-6, IL-8 e fattore di necrosi tumorale (TNF)49 e fattore di crescita/differenziazione-15 (GDF-15).50

Anche i livelli sierici di TNSF14 (LIGHT), EN-RAGE (una citochina infiammatoria associata a malattia coronarica) e oncostatina-M (un membro della famiglia IL-6) sono stati correlati con la gravità della malattia.51 Clinicamente, gli studi hanno preso di mira granulociti/ fattore stimolante le colonie di macrofagi (GM-CSF)52 53 e IL-154 con anticorpi monoclonali e benefici clinici riscontrati in pazienti con grave COVID-19 e ARDS. Zhao et al hanno anche dimostrato che alti livelli sierici di GM-CSF e IL-17A erano correlati a malattie più gravi ed erano collegati alle cellule Th17 residenti nei polmoni.55 Sebbene tutte queste possano essere considerate citochine proinfiammatorie, insieme rappresentano un effetto simile ma non necessariamente identico insieme di citochine rispetto a quelli elevati nella sepsi e in altre malattie respiratorie.

Anche altri biomarcatori proteici solubili sono stati identificati come elevati in COVID-19. Questi includono la pentraxina lunga 3, espressa dai monociti e dalle cellule endoteliali, e il cui livello plasmatico è risultato essere predittivo della mortalità nei pazienti ospedalizzati con COVID-19.56 Allo stesso modo, i livelli plasmatici di calprotectina, insieme alle frequenze non classiche dei monociti, potrebbero essere predittivi di coloro che sviluppano COVID-19.57 grave 58

In effetti, una firma di più biomarcatori solubili è probabilmente l’ideale per prevedere il decorso della malattia. Abers et al 59 hanno descritto un insieme di 12 proteine ​​solubili, comprese varie citochine, il cui livello iniziale al momento del ricovero ospedaliero era predittivo di mortalità. Quattro di questi (sTNFRSF1A, sST2, IL-15 e IL-10) hanno separato longitudinalmente i sopravvissuti per tutto il corso del ricovero.

Dato l’elenco alquanto eclettico di citochine associate alla gravità di COVID-19, non esiste ancora un singolo pannello che copra in modo univoco tutti questi. Piuttosto, la maggior parte dei gruppi continua a utilizzare piattaforme di ricerca altamente multiplexate. In alternativa, una semplice lettura in tempo reale di alcune citochine predittive chiave potrebbe essere utilizzata per la valutazione precoce del paziente, come è stato fatto da Del Valle et al 49 utilizzando un sistema di immunodosaggio commerciale.

Monitoraggio immunitario cellulare

L’immunità cellulare è intrinsecamente più complessa da analizzare, ma le nuove tecnologie hanno ampliato la nostra capacità di eseguire l’immunofenotipizzazione complessa a livello di singola cellula. Sono stati descritti pannelli di immunofenotipizzazione standardizzati per la citometria a flusso ad alto parametro60 e la citometria di massa Cytometry by Time of Flight (CyTOF).61 62 Molti studi utilizzano anche la trascrittomica a cellula singola, che può essere adattata per includere la colorazione con anticorpi marcati con DNA (AbSeq o CITE-seq), 63 così come il targeting del recettore delle cellule T riarrangiato (TCR) e dei geni Ig.

Questo ovviamente crea un approccio potente e imparziale per la fenotipizzazione di una singola cellula, ma che soffre ancora di problemi di alto costo e basso rendimento, oltre che di complessità analitica. Un’altra tecnologia a cellula singola, che impiega il rilevamento di citochine basato su micropozzetti per quantificare il “secretoma” di un massimo di 32 citochine secrete dalle cellule T attivate, è stata utilizzata anche in studi multiomici per distinguere COVID-19 lieve da moderato o grave.43

Immunità cellulare innata

Gli ultimi anni hanno visto un maggiore apprezzamento per il ruolo chiave delle cellule immunitarie innate, che comprendono granulociti (neutrofili, eosinofili e basofili), monociti e macrofagi; cellule dendritiche (mieloidi e plasmacitoidi (pDC)); e cellule linfoidi innate (ILC, che includono cellule natural killer (NK)). Sebbene queste cellule non dispongano di recettori specifici per l’antigene, in alcuni casi possono sviluppare una maggiore reattività, o la cosiddetta “immunità addestrata” a determinati agenti patogeni.64 E, naturalmente, la risposta innata si innesca e il suo carattere aiuta a determinare, la grandezza e la qualità della conseguente risposta adattativa.

L’immunità addestrata, inclusa quella indotta dal vaccino contro la tubercolosi BCG65, può influenzare la suscettibilità di diverse popolazioni al COVID-19 e/o alle malattie gravi.66 Tali differenze nell’immunità innata possono essere alla base delle differenze geografiche nella gravità complessiva del COVID-19 e potrebbero essere parte della protezione da malattie gravi generalmente osservate nei bambini.

Tra i pazienti con COVID-19, un importante riscontro fenotipico delle cellule immunitarie innate è la down-regulation dell’isotipo antigene leucocitario umano-DR (HLA-DR) sui monociti, che sembra essere correlato alla gravità.51 57 67 68 Ciò potrebbe essere correlato al segnale IFN di tipo I indotto da virus precoce, che è stato oggetto di studio in COVID-19 e influenza.69 Nei casi COVID-19 gravi, è stata descritta una diminuzione della produzione di IFNα e una riduzione della segnalazione di mTOR nelle pDC.51 Ciò è rafforzato da il frequente riscontro di errori congeniti della segnalazione dell’IFN di tipo I15 o di autoanticorpi verso l’IFN di tipo I70 in pazienti con grave COVID-19. È interessante notare che il consorzio tedesco DeCOI ha riscontrato un aumento dei monociti HLA-DRhigh CD11chigh con una forte firma genica stimolata da IFN in pazienti con lieve COVID-19.67 Nei casi gravi, queste cellule erano assenti, e gli autori hanno invece osservato i monociti HLA-DRlow. Uno studio recente ha anche scoperto cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC) nella circolazione (ma non nelle vie aeree) di pazienti con COVID-19, in modo dipendente dalla gravità.71 In effetti, molti studi hanno riportato una serie di cambiamenti attraverso il mieloide. scomparto in COVID-19.51 57 67 68 72 73

I neutrofili sono anche colpiti nella grave COVID-19, a causa dell’emopoiesi di emergenza che genera precursori dei neutrofili circolanti o che sviluppano neutrofili,67 74 che hanno un profilo di espressione genica unico simile a quello dei plasmablasti.74

Le cellule NK sono attivate anche nel COVID-19 e immunotipi distinti di cellule NK possono essere collegati alla gravità della malattia.75 Inoltre, è stato dimostrato che le cellule T invarianti associate alla mucosa (cellule MAIT), una popolazione di cellule T innate entrambi diminuiscono di numero e mostrano un fenotipo attivato ma una funzione ridotta nei pazienti con COVID-19.76 77 È interessante notare che il livello di espressione di HLA-DR sulle cellule MAIT è risultato correlato con un punteggio di gravità della malattia.76

Immunità cellulare adattativa

Le risposte immunitarie adattative sono quelle elaborate dalle cellule B e T, che espandono in modo univoco cloni di cellule di memoria con recettori (Ig e TCR) specifici per epitopi patogeni. Il sequenziamento di massa o di una singola cellula di tali recettori consente l’identificazione di cloni espansi. La specificità antigenica di quei cloni rimane difficile da dedurre, sebbene siano stati sviluppati metodi computazionali per questo.78 La specificità delle cellule T può anche essere esaminata mediante stimolazione con peptidi, spesso utilizzando pool di peptidi sovrapposti, che possono essere deconvoluti per determinare la reattività del singolo peptide. Le risposte vengono generalmente lette mediante citometria a flusso (con colorazione di citochine intracellulari e/o marker di attivazione) o mediante saggi ELISpot, che misurano la secrezione di citochine unicellulari in un formato di piastra a 96 pozzetti. interessante,

L’infezione da SARS-CoV-2 produce risposte rilevabili delle cellule B e T nella stragrande maggioranza dei casi, con risposte generalmente robuste in caso di infezione lieve.37 Le risposte delle cellule T 80-88 sono state descritte anche in stretti contatti di individui infetti, in assenza di infezione virale rilevabile.89 Non è ancora chiaro se le differenze nei bersagli proteici e nella specificità dell’epitopo possano essere associate alla gravità; tuttavia, i bambini tendono ad avere risposte di minore entità alle proteine ​​spike, nonostante la loro relativa mancanza di malattia grave.90 Grifoni et al 84 hanno mostrato che il 70% dei pazienti convalescenti aveva risposte delle cellule T CD4+, mentre il 100% aveva risposte delle cellule T CD8+ alla SARS -CoV-2,84 utilizzando pool di peptidi epitopi previsti. Questi sono stati ulteriormente mappati per mostrare un’ampia gamma di specificità del bersaglio proteico.

Recentemente, Tan et al 91 hanno dimostrato che l’induzione precoce di cellule T produttrici di IFNγ che rispondono alle proteine ​​SARS-CoV-2 era associata alla clearance virale e a malattie più lievi. Pertanto, la cinetica delle risposte delle cellule T potrebbe essere importante nel decorso della malattia e la misurazione precoce potrebbe aiutare a prevedere la gravità.

Anche la distribuzione clonale delle risposte delle cellule T e B a SARS-CoV-2 può svolgere un ruolo nel determinare il decorso della malattia. Schultheiß et al.92 hanno creato un database pubblico di oltre 14.000.000 di recettori delle cellule B e sequenze TCR dal sangue di pazienti acuti e convalescenti con COVID-19. La clonalità e l’inclinazione del TCR sono state associate ai risultati della citometria a flusso dei fenotipi di attivazione delle cellule T e alle risposte dell’interferone. Alcuni cloni TCR erano esclusivamente associati al recupero. Cheng et al 93 hanno anche studiato le espansioni clonali del TCR in pazienti adulti con COVID-19 con iperinfiammazione e hanno scoperto che l’inclinazione del TCR può derivare da interazioni simili al superantigene della proteina spike SARS-CoV-2 con MHC di classe II.

Diversi studi hanno anche caratterizzato i fenotipi e le funzioni delle cellule T nel contesto di COVID-19.37 80 81 85 87 94 Questi tendono a mostrare una risposta delle cellule T robusta e altamente funzionale, con un fenotipo Th1 e un buon potenziale proliferativo, a seguito di malattia da lieve a moderata. 85 87 Sebbene la malattia grave possa essere associata a una proporzione più elevata di cellule T specifiche per SARS-CoV-2,80 possono avere un fenotipo più esaurito,82 con meno funzionalità e un rapporto IFNγ/TNFα inferiore rispetto alle cellule T specifiche dell’influenza .

Come con gli anticorpi, le risposte delle cellule T possono essere cross-reattive con altri coronavirus comuni. Questo può essere visto sotto forma di cellule T reattive alla SARS-CoV-2 nel sangue di individui non infetti.30 37 84 85 94 Queste cellule tendono ad avere una minore avidità per SARS-CoV-2, ma probabilmente corrispondono a una predisposizione verso malattia più lieve se questi individui dovessero essere esposti a SARS-CoV-2.

Inoltre, Paschold et al 95 hanno trovato riarrangiamenti del gene IgH associati alla reattività di SARS-CoV-2 nel repertorio delle cellule B degli individui prepandemici. Questi erano di particolare interesse, poiché erano diminuiti negli individui di età superiore ai 60 anni e in quelli con cancro, potenzialmente responsabili di un aumento del rischio di COVID-19 grave in questi gruppi.

Immunofenotipizzazione ampia

Sebbene gli studi sui linfociti T e B antigene-specifici possano essere altamente informativi, si tratta di popolazioni rare e le analisi per identificarle sono più complesse delle semplici analisi di immunofenotipizzazione. Ma informazioni importanti possono risiedere anche nelle proporzioni e nei fenotipi di popolazioni cellulari più ampie. Ciò include i linfociti totali, che tendono a diminuire in COVID-19, con il grado di diminuzione che prevede la gravità della malattia.96-98 Poiché i neutrofili, al contrario, aumentano con la gravità della malattia, anche il rapporto neutrofili-linfociti può essere predittivo.68 96 I linfociti reattivi possono essere identificati anche dagli analizzatori ematologici e sono risultati inferiori nel COVID-19 rispetto ad altre infezioni virali.99 Infine, le frequenze delle cellule NK, dei monociti e delle DC possono essere ridotte nel COVID-19 acuto.100

All’interno del compartimento linfoide, è stato dimostrato che la soppressione delle cellule T CD3+ totali, e in particolare delle cellule T CD8+, è predittiva di una malattia grave.101 Inoltre, un compartimento delle cellule CD8+T altamente differenziato e/o esaurito, che può derivare da CMV a lungo termine infezione, può predisporre a un esito peggiore di COVID-19.40 102 103 Mazzoni et al 104 hanno scoperto che l’attivazione delle cellule T policlonali ha rivelato una diminuzione della produzione di citochine insieme alla differenziazione terminale nei pazienti con COVID-19 in generale. Hanno anche riscontrato una ridotta espressione del granzima B delle cellule NK in pazienti in terapia intensiva. È interessante notare che quest’ultimo era correlato ai livelli sierici di IL-6 ed è stato invertito dalla terapia con tocilizumab (anti-IL-6).

I sottogruppi di cellule B e i plasmablasti possono anche essere correlati con COVID-19 grave.105 106 In particolare, esiste una relazione inversa tra la frequenza dei sottogruppi di cellule B di memoria e la durata dei sintomi negli individui guariti.106 Tuttavia, Bernardes et al.105 hanno trovato plasmablasti proliferanti e metabolicamente attivi essere aumentato nella malattia grave, insieme ai megacariociti circolanti e all’aumento dell’eritropoiesi.

Molti altri studi hanno osservato cambiamenti nella frequenza o nel fenotipo di altre popolazioni di cellule immunitarie specifiche, troppo numerose per essere esaminate in dettaglio qui. Ad esempio, Kulkarni-Munje et al 107 hanno notato una progressiva diminuzione dei pDC e un aumento delle cellule NK produttrici di IFNγ nella malattia grave rispetto alla malattia lieve e nei controlli sani, mentre i monociti CD16 + hanno mostrato un trend più alto sia nei casi lievi che gravi rispetto a controlli.

Tuttavia, quest’ultimo risultato può essere dovuto all’aumento dei monociti intermedi (CD14+CD16+), poiché è stato riscontrato che la frequenza dei monociti non classici (CD14lowCD16+) diminuisce con la malattia grave.57 Anche Kulkarni-Munje et al 107 hanno riscontrato un aumento in cellule CD8+T attivate (HLA-DR+, CD38+) insieme a cellule CD4+T che producono IL-2 e cellule helper follicolari CD4+ T in malattia grave rispetto a lieve. Questi ultimi potrebbero essere identificati sia dall’espressione di CXCR5 che di PD-1.

La complessità e la natura dinamica della risposta immunitaria rendono difficile trovare un singolo parametro cellulare che predice in modo stabile e inequivocabile il decorso della malattia. In effetti, i pazienti sono eterogenei e il tempo di campionamento è importante per molti marker. Alcuni, come la conta dei linfociti e delle cellule T CD8+, sono predittori relativamente precoci e relativamente coerenti, mentre altri possono essere utili solo in sottogruppi di pazienti. Mathew et al 108 hanno identificato “immunotipi” di pazienti con COVID-19 in base a diverse caratteristiche chiave (come l’attivazione delle cellule T e i livelli di plasmablasti) e le loro traiettorie immunitarie.

Tre di questi immunotipi erano collegati a scarsi risultati. Allo stesso modo, Lucas et al 109 hanno identificato le prime firme immunitarie, tra cui citochine elevate e una risposta progressiva di tipo 2 (IL-5, IL-13, eosinofili e IgE) che corrispondeva a un decorso grave della malattia.

Rodriguez et al 110 descrivono cambiamenti longitudinali simili tra cui aumenti di basofili ed eosinofili in un’analisi longitudinale di 39 pazienti gravi con COVID-19. È stato anche eseguito il sequenziamento di singole cellule per definire le traiettorie immunitarie longitudinali per confrontare COVID-19 con l’influenza.111

Questo studio ha trovato percorsi di segnalazione distinti, tra cui STAT1 e IRF3, attivi nel COVID-19, con segnali STAT3 e NFκB attivi nell’influenza. È interessante notare che entrambe le malattie hanno mostrato un aumento della concentrazione di IL-6, ma i pazienti con COVID-19 hanno avuto un aumento relativo dell’espressione genica del recettore dell’IL-6 nelle cellule T e nelle DC. Infine, uno degli studi longitudinali e multi-omici più completi su COVID-19 è stato condotto da Su et al 43 che ha integrato proteomica e metabolomica del plasma, trascrittomica delle PBMC, fenotipizzazione delle PBMC, sequenziamento del repertorio dei recettori immunitari, secretoma unicellulare e salute elettronica. registrare i dati.

Descrivono uno spostamento immunologico tra casi lievi e moderati/gravi, caratterizzato da aumento dell’infiammazione, diminuzione dei nutrienti del sangue e cambiamenti nelle popolazioni di cellule immunitarie. Questi ultimi includono alcuni di quelli descritti in altri studi sopra, come i monociti HLA-DRlow, le cellule CD4+ e CD8+T esaurite e le cellule T CD4+ citotossiche.

Da tutto quanto sopra, è ovvio che ci sono numerosi cambiamenti nel COVID-19 sia nelle popolazioni antigene-specifiche che in quelle globali di molti sottogruppi di cellule immunitarie. Alcuni dei cambiamenti più semplici e più ampi sono in realtà ragionevolmente efficaci nel predire la gravità della malattia, inclusi i conteggi totali dei linfociti e dei linfociti T CD8 + (entrambi più bassi nei casi gravi) o il rapporto tra neutrofili e linfociti (più alto nei casi gravi). Queste misurazioni possono essere effettuate da un test completo delle cellule del sangue (CBC) o (per le cellule T CD8+) da pannelli clinici di citometria a flusso (saggi BTNK). In quanto tali, questi possono già essere implementati nel processo decisionale clinico.

Misurazioni più sofisticate richiedono citometria a flusso multiparametrica più dettagliata o pannelli CyTOF, inclusi marcatori di attivazione e differenziazione per più tipi di cellule. Questi pannelli possono anche includere l’attivazione con antigeni SARS-CoV-2 specifici (spesso sovrapposti pool di peptidi) per leggere le cellule T antigene-specifiche; o l’attivazione globale, ad esempio, con forbolo miristato acetato + ionomicina, per leggere la competenza immunitaria globale.112 Un contenuto di informazioni ancora più elevato può essere ottenuto con la trascrittomica unicellulare, spesso in combinazione con il TCR o il targeting del repertorio di Ig e/o il targeting delle proteine ​​con anticorpi marcati con acido nucleico (AbSeq o CITE-seq). Ma queste tecnologie sono più pratiche per le indagini pilota iniziali.

Altri test di monitoraggio clinico
Altri marcatori clinici potenzialmente utili insieme al monitoraggio di cellule immunitarie, anticorpi e citochine, includono marcatori di infiammazione e danno tissutale, come la proteina C reattiva (CRP), la procalcitonina o la troponina cardiaca. Tan et al hanno valutato molteplici fattori di questo tipo per la loro capacità di stratificare i pazienti per gravità o mortalità.113 Oltre a IL-6, percentuale di linfociti e carica virale, questo studio ha rilevato che la PCR e la procalcitonina sono i più sensibili e affidabili nel separare i sopravvissuti dai non -sopravvissuti. La percentuale di linfociti era più sensibile a discriminare l’intero spettro di gravità e risultati. Majure et al hanno inoltre dimostrato che i pazienti ospedalizzati con COVID-19 con troponina elevata hanno un rischio di mortalità notevolmente aumentato.114 Per informazioni su ancora più test clinici in questa malattia,

Gli autoanticorpi sono stati recentemente associati al COVID-19, inclusi gli anticorpi contro i fosfolipidi e le proteine ​​che legano i fosfolipidi,117 118 anticorpi contro il dsDNA e altre specificità associate a malattie autoimmuni sistemiche,119 e i già menzionati anticorpi contro l’IFNα.70 Inoltre, Woodruff et al. 120 hanno scoperto che il COVID-19 grave era associato allo sviluppo delle cellule B extrafollicolari, all’oligoclonalità e ai clonotipi autoimmuni che sono stati osservati anche nei pazienti con lupus eritematoso sistemico. Insieme, questi studi suggeriscono che le caratteristiche autoimmuni sono un evento frequente nei casi gravi di COVID-19.

La carica virale di SARS-CoV-2 è un altro parametro clinico che può essere monitorato. La carica virale può essere quantificata nel plasma, che è positiva in una minoranza di pazienti ospedalizzati e raramente in pazienti non ospedalizzati. Fajnzylber et al 98 hanno scoperto che la viremia plasmatica era associata alla gravità della malattia e alla mortalità. Zheng et al 121 hanno anche identificato l’RNA di SARS-CoV-2 nelle feci, nonché campioni di siero e respiratori. Hanno mostrato una maggiore durata della positività del virus in tutti i tipi di campioni con malattia grave.

Differenze di sesso
I maschi tendono ad avere esiti COVID-19 peggiori rispetto alle femmine, e ciò può essere dovuto in parte a differenze immunologiche. Ad esempio, i maschi tendono ad avere una produzione più robusta di citochine innate e monociti non classici; mentre le femmine hanno risposte delle cellule T più robuste.122 È interessante notare che le scarse risposte delle cellule T erano associate a esiti peggiori nei pazienti di sesso maschile, ma non nelle femmine; mentre le citochine innate erano correlate con esiti peggiori nelle femmine ma non nei maschi.122 Pertanto, alcuni dei correlati immunitari della gravità della malattia possono in effetti essere specifici del sesso, il che significa che le decisioni cliniche basate su questi test devono tener conto del sesso del paziente.

Biomarcatori di lungo COVID-19, MIS-C o danno d’organo
La capacità di prevedere e, si spera, di intervenire per prevenire lo sviluppo di “COVID-19 lungo” negli adulti o di MIS-C nei bambini sarebbe molto utile. Marcatori infiammatori elevati e geni di citotossicità, così come autoanticorpi, sono stati osservati in MIS-C123 e alcuni di questi possono essere considerati fattori predittivi. Il consorzio di ricerca COVID-19 pediatrico tri-stato statunitense ha scoperto che i bambini neri non ispanici erano sovrarappresentati tra i MIS-C rispetto ai casi di malattie respiratorie. Questo consorzio ha inoltre scoperto che una bassa conta linfocitaria assoluta e un’elevata PCR erano predittori di MIS-C grave. Non sono ancora a conoscenza di studi simili per trovare predittori immunitari di pazienti che svilupperanno sindromi COVID-19 “lungo COVID-19” o post-acute. Allo stesso modo, la previsione del danno d’organo specifico nei pazienti con COVID-19 è stata finora limitata al monitoraggio acuto dei marcatori di danno tissutale (ad esempio, troponina cardiaca I e peptide natriuretico pro-cervello N-terminale per il danno cardiaco). E le coagulopatie sono monitorate solo da marcatori specifici della coagulazione come il D-dimero.124

Studi di monitoraggio clinico attuali e futuri
Ampi studi longitudinali come IMPACC (https://www.niaid.nih.gov/clinical-trials/immunophenotyping-assessment-covid-19-cohort-impacc) e studi di coorte simili in Europa, Australia e Africa forniranno presto un ricchezza di dati di monitoraggio virale e immunitario sui pazienti trattati in quelle regioni del mondo. Per i bambini, COVID-19: Pediatric Research Immune Network on SARS-CoV-2 e studio MIS-C https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04588363) immunofenotipiranno i campioni MIS-C per comprendere meglio questa rara complicanza dei COVID-19. Con metodi standardizzati, questi studi potrebbero aiutare a scoprire fattori geografici e di altro tipo legati alla gravità e alle sequele della malattia, oltre a fornire dati corroboranti su diverse popolazioni.

collegamento di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8108128/


Maggiori informazioni:  Scopri di più su COVID-19 e sulla vaccinazione presso i  Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie  .

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