Infectarse de COVID-19 sí provee inmunidad contra el virus, según estudio

Estudio publicado en biorxib.org

Agencia Latina de Noticias de Medicina y Salud Pública

Un estudio realizado por investigadores del Instituto Karolinska y del Hospital Universitario Karolinska de Estocolmo en Suecia encontró evidencia que demuestra que infección por SARS-CoV-2 provee inmunidad de largo plazo. Así mismo que la proporción de gente inmune puede ser muy superior a lo observado mediante pruebas serológicas.

El estudio evidenció que muchos pacientes asintomáticos de COVID-19  han desarrollado inmunidad mediada por células T al coronavirus. También entre aquellos positivo en anticuerpos en pruebas serológicas . 

Resumen

Las células T de memoria específicas del SARS-CoV-2 probablemente serán críticas para la protección inmune a largo plazo contra COVID-19. Mapeamos sistemáticamente el paisaje funcional y fenotípico de las respuestas de células T específicas de SARS-CoV-2 en una gran cohorte de individuos no expuestos, así como miembros de la familia expuestos e individuos con COVID-19 agudo o convaleciente. Las células T específicas de SARS-CoV-2 de fase aguda mostraron un fenotipo citotóxico altamente activado que se correlacionó con varios marcadores clínicos de la gravedad de la enfermedad, mientras que las células T específicas de SARS-CoV-2 de fase convaleciente fueron polifuncionales y mostraron un fenotipo de memoria de tipo tallo. Es importante destacar que las células T específicas de SARS-CoV-2 fueron detectables en familiares e individuos con anticuerpos seronegativos con antecedentes de COVID-19 asintomático o leve.

Introducción 

El mundo cambió en diciembre de 2019 con la aparición de un nuevo patógeno zoonótico, el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2), que causa una variedad de síndromes clínicos denominados colectivamente enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). En la actualidad, no existe una vacuna contra el SARS-CoV-2, y la inflamación excesiva asociada con COVID-19 grave puede provocar insuficiencia respiratoria, shock séptico y, en última instancia, la muerte ( Guan et al., 2020 ; Wolfel et al., 2020 ; Wu y McGoogan, 2020 ). La tasa de mortalidad general es de 0.5 a 3.5% ( Guan et al., 2020 ; Wolfel et al., 2020 ; Wu y McGoogan, 2020) Sin embargo, la mayoría de las personas parecen verse menos afectadas y permanecen asintomáticas o desarrollan síntomas leves durante COVID-19 ( He et al., 2020b ; Wei et al., 2020 ; Yang et al., 2020 ). Por lo tanto, será crítico a la luz de la pandemia en curso determinar si las personas con formas más leves de COVID-19 desarrollan una inmunidad sólida contra el SARS-CoV-2.

Actualmente se están realizando esfuerzos mundiales para mapear los determinantes de la protección inmune contra el SARS-CoV-2. Datos recientes han demostrado que la infección por SARS-CoV-2 genera una protección casi completa contra el reexposición en macacos rhesus ( Chandrashekar et al., 2020 ), y de manera similar, hay evidencia limitada de reinfección en humanos con COVID-19 previamente documentado ( Kirkcaldy et al. al., 2020 ). Por lo tanto, se requiere trabajo adicional para definir los mecanismos que subyacen a estas observaciones y evaluar la durabilidad de las respuestas inmunes protectoras provocadas por la infección primaria con SARS-CoV-2. La mayoría de los estudios correlativos de la protección inmune contra el SARS-CoV-2 se han centrado en la inducción de anticuerpos neutralizantes ( Hotez et al., 2020 ; Robbiani et al., 2020; Seydoux et al., 2020 ; Wang et al., 2020 ). Sin embargo, las respuestas de anticuerpos no son detectables en todos los pacientes, especialmente aquellos con formas menos severas de COVID-19 ( Long et al., 2020 ; Mallapaty, 2020 ; Woloshin et al., 2020 ). El trabajo anterior también ha demostrado que las respuestas de las células B de memoria tienden a ser de corta duración después de la infección con SARS-CoV-1 ( Channappanavar et al., 2014 ; Tang et al., 2011 ). En contraste, las respuestas de las células T de memoria pueden persistir durante muchos años ( Nina Le Bert, 2020 ; Tang et al., 2011 ; Yang et al., 2006 ) y, en ratones, proteger contra el desafío letal con SARS-CoV-1 (Channappanavar et al., 2014 ).

Se han identificado células T específicas de SARS-CoV-2 en humanos ( Grifoni et al., 2020 ; Ni et al., 2020 ). Sin embargo, no ha quedado claro en qué medida varias características de la respuesta inmune de las células T se asocian con las respuestas de anticuerpos y el curso clínico de COVID-19 agudo y convaleciente. Para abordar esta brecha de conocimiento, caracterizamos las células T CD4 + y CD8 + específicas del SARS-CoV-2 en cohortes de donantes definidas por el resultado (total n = 203) de Suecia, que ha utilizado una estrategia más “abierta”, y como una extensión tan duradera de COVID-19 que muchos otros países de Europa ( Habib, 2020 ).

Metodología 

Actualmente nos enfrentamos a la mayor emergencia de salud mundial en décadas, a saber, el brote devastador de COVID-19. En ausencia de una vacuna protectora, será crítico determinar si las personas expuestas y / o infectadas, especialmente aquellas con formas asintomáticas o muy leves de la enfermedad que probablemente actúen inadvertidamente como los principales transmisores, desarrollen una inmunidad adaptativa robusta contra el SARS-CoV -2 ( Long et al., 2020 ).

En este estudio, utilizamos un enfoque sistemático para mapear las respuestas inmunes celulares y humorales contra el SARS-CoV-2 en pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo, individuos en la fase de convalecencia después de COVID-19 asintomático / leve o severo, familia expuesta miembros e individuos sanos que donaron sangre antes (2019) o durante la pandemia (2020). Los individuos en la fase de convalecencia después de COVID-19 asintomático / leve fueron rastreados después de regresar a Suecia desde áreas endémicas (principalmente del norte de Italia). Estos donantes exhibieron respuestas robustas de células T de memoria meses después de la infección, incluso en ausencia de anticuerpos circulantes detectables específicos para SARS-CoV-2, lo que indica un grado de inmunidad a nivel de población previamente no anticipado contra COVID-19.

Encontramos que la activación de células T, caracterizada por la expresión de CD38, era un sello distintivo de COVID-19 agudo. Se han informado hallazgos similares previamente en ausencia de datos de especificidad ( Huang et al., 2020 ; Thevarajan et al., 2020 ; Wilk et al., 2020 ). Muchas de estas células T también expresaron HLA-DR, Ki-67 y PD-1, lo que indica un fenotipo combinado de activación / ciclismo, y los niveles de expresión de CD38 en particular se correlacionan con la gravedad de la enfermedad, pero notablemente no en un alto grado con los marcadores inflamatorios. . Nuestros datos también mostraron que muchas células T activadas / cicladas en la fase aguda estaban repletas funcionalmente y eran específicas para SARS-CoV-2. Se han observado perfiles funcionales equivalentes poco después de la inmunización con vacunas exitosas ( Blom et al., 2013; Miller et al., 2008 ; Precopio et al., 2007 ). En consecuencia, la expresión de múltiples receptores inhibitorios, incluido PD-1, probablemente indica una activación temprana en lugar de agotamiento ( Zheng et al., 2020a ; Zheng et al., 2020b ).

Se ha demostrado que las células T de memoria específicas de virus persisten durante muchos años después de la infección con SARS-CoV-1 ( Nina Le Bert, 2020 ; Tang et al., 2011 ; Yang et al., 2006 ). En línea con estas observaciones, encontramos que las células T específicas de SARS-CoV-2 adquirieron un fenotipo de memoria diferenciada temprana (CCR7 + CD127 + CD45RA – / + TCF-1 + ) en la fase de convalecencia, como se informó anteriormente en el contexto de otras infecciones virales y vacunas exitosas ( Blom et al., 2013 ; Demkowicz et al., 1996 ; Fuertes Marraco et al., 2015 ; Precopio et al., 2007) Este fenotipo se ha asociado con propiedades similares al tallo ( Betts et al., 2006 ; Blom et al., 2013 ; Demkowicz et al., 1996 ; Fuertes Marraco et al., 2015 ; Precopio et al., 2007) En consecuencia, encontramos que las células T específicas de SARS-CoV-2 generaban respuestas anamnésicas a antígenos afines en la fase de convalecencia, caracterizadas por una extensa proliferación y polifuncionalidad. De particular interés, detectamos respuestas similares de células T de memoria dirigidas contra las proteínas internas (nucleocápside) y superficiales (membrana y / o espiga) en algunos individuos que carecen de anticuerpos circulantes detectables específicos para SARS-CoV-2. De hecho, casi el doble de miembros de la familia expuestos e individuos sanos que donaron sangre durante la pandemia generaron respuestas de células T de memoria versus respuestas de anticuerpos, lo que implica que la seroprevalencia como indicador ha subestimado el grado de inmunidad a nivel de población contra el SARS-CoV-2.

Queda por determinar si una respuesta sólida de células T de memoria en ausencia de anticuerpos circulantes detectables puede proteger contra el SARS-CoV-2. Sin embargo, este escenario se ha inferido de estudios previos de MERS y SARS-CoV-1 ( Channappanavar et al., 2014 ; Li et al., 2008 ; Zhao et al., 2017 ; Zhao et al., 2016 ), los cuales se ha demostrado que induce respuestas potentes de células T de memoria que persisten mientras disminuyen las respuestas de anticuerpos ( Alshukairi et al., 2016 ; Shin et al., 2019 ; Tang et al., 2011 ). Además, las respuestas de células T inducidas por la vacuna, incluso en ausencia de anticuerpos detectables, pueden proteger a los ratones contra la exposición letal con SARS-CoV-1 (Channappanavar et al., 2014 ). De acuerdo con estas observaciones, ninguno de los individuos convalecientes en este estudio, incluidos aquellos con enfermedad asintomática / leve previa, ha experimentado episodios adicionales de COVID-19.

En conjunto, nuestros datos han proporcionado un mapa funcional y fenotípico de la inmunidad de las células T específicas de SARS-CoV-2 en todo el espectro de exposición, infección y enfermedad. La observación de que la mayoría de los individuos con COVID-19 asintomático o leve generó respuestas de células T de memoria duraderas altamente funcionales, no es raro en la ausencia relativa de respuestas humorales correspondientes, sugirió además que la exposición o infección natural podría prevenir episodios recurrentes de COVID-19 grave.

Resultados 

Nuestros análisis preliminares mostraron que los números absolutos y las frecuencias relativas de las células T CD4 + y CD8 + eran fisiológicamente bajas en pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo ( Figura 1A y Figura S2A, B). Este hallazgo se ha informado previamente ( He et al., 2020a ; Liu et al., 2020) Luego, utilizamos un panel de citometría de flujo de 31 parámetros para evaluar el paisaje fenotípico de estas perturbaciones inmunes en comparaciones directas con donantes de sangre sanos e individuos que se habían recuperado de COVID-19 asintomático / leve adquirido temprano durante la pandemia (febrero a marzo de 2020). El análisis imparcial de componentes principales (PCA) reveló una clara segregación entre las células T de memoria de pacientes con COVID-19 agudo moderado o grave y las células T de memoria de individuos convalecientes y donantes de sangre sanos ( Figura 1B

), impulsada en gran medida por la expresión de CD38, CD69 , Ki-67 y proteína de muerte celular programada 1 (PD-1) en el CD4 +compartimento y mediante la expresión de CD38, CD39, CD69, proteína 4 asociada a linfocitos T citotóxicos (CTLA-4), antígeno leucocítico humano (HLA) -DR, Ki-67, gen 3 de activación de linfocitos (LAG-3), y la inmunoglobulina de células T y la proteína que contiene el dominio de mucina 3 (TIM-3) en el compartimento CD8 + ( Figura 1B, C y Figura S2C).

Para extender estos hallazgos, concatenamos todas las células T CD4 + de memoria (Figura S3A) y las células T CD8 + de memoria ( Figura 1D ) de donantes de sangre sanos, individuos convalecientes y pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo a través de la aproximación de colector uniforme y Proyección (UMAP). Distintos grupos topográficos fueron evidentes en cada grupo ( Figura 1D y S3A). En particular, las células T CD4 + de memoria (Figura S3A) y las células T CD8 + de memoria ( Figura 1D) de pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo expresó un grupo distinto de marcadores asociados con la activación y el ciclo celular, incluidos CD38, HLA-DR, Ki-67 y PD-1. Este hallazgo se confirmó a través de la activación manual de los datos de citometría de flujo ( Figura 1E ). Los análisis correlativos demostraron además que el fenotipo activado / ciclado estaba fuertemente asociado con varios parámetros clínicos, incluidos la edad, la concentración de hemoglobina, el recuento de plaquetas y los niveles plasmáticos de alanina aminotransferasa, albúmina, dímero D, fibrinógeno y mioglobina (Figura S3B y S3C) , pero menos fuertemente asociado con los niveles plasmáticos de varios marcadores inflamatorios (Figura S4).

En la mayoría de los donantes con COVID-19 agudo, observamos un patrón de expresión aumentada de CD38, también sin expresión de HLA-DR, Ki-67 y PD-1 (Figura S5A y S5B), en comparación con los donantes de sangre sanos. Confirmamos que las células T CD8 + específicas para el citomegalovirus (CMV) o el virus de Epstein-Barr (EBV) expresaron mayores frecuencias de CD38, lo que indica que la expresión de CD38 puede ser impulsada por inflamación u otras características en COVID-19 ( Figura 2A, B y Figura S5C). Sin embargo, notablemente, CD8 + específico para CMV y EBVLas células T no expresaron niveles elevados de HLA-DR, Ki-67 o PD-1 y / o en combinación con CD38, durante COVID-19 agudo moderado o severo en comparación con individuos convalecientes y donantes de sangre sanos, lo que indica una proliferación y activación de espectadores limitadas durante la fase temprana de infección con SARS-CoV-2 ( Figura 2A, B y Figura S5C). Las células T CD8 + en proliferación activa , definidas por la expresión de Ki-67, en cambio exhibieron un fenotipo predominante CCR7 – CD27 + CD28 + CD45RA – CD127 – en pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo (Figura S5D), como se informó anteriormente en El contexto de la vacunación y otras infecciones virales (Buggert et al., 2018b ; Miller et al., 2008 ). Sobre la base de estos hallazgos, utilizamos péptidos superpuestos que abarcan los dominios inmunogénicos de las proteínas de membrana, nucleocápside y espiga del SARS-CoV-2 para estimular las células mononucleares de sangre periférica (PBMC) de pacientes con COVID-19 agudo moderado o severo, y descubrieron que las células T CD4 + y CD8 + que respondieron mostraban un fenotipo activado / ciclado (CD38 + HLA-DR + Ki67 + PD-1 + ) ( Figura 2C ). Estos resultados se confirmaron usando un ensayo de marcador inducido por activación (AIM) para medir la regulación positiva de CD69 y 4-1BB (CD137), lo que sugiere que la mayoría de CD38 +Las células T PD-1 + CD8 + fueron específicas para SARS-CoV-2 ( Figura 2D ).

En experimentos adicionales, utilizamos tetrámeros HLA clase I como sondas para detectar células T CD8 + específicas para epítopos óptimos predichos del SARS-CoV-2 ( Tabla S2 ). La gran mayoría de las células T tetrámeras + CD8 + en la fase aguda de la infección, pero no durante la convalecencia, mostraron un fenotipo activado / ciclado ( Figura 2E ). En general, las primeras poblaciones de células T CD8 + específicas de SARS-CoV-2 se caracterizaron por la expresión de moléculas de activación inmunitaria (CD38, HLA-DR, Ki-67), receptores inhibidores (PD-1, TIM-3) y moléculas citotóxicas (granzima B, perforina), mientras que CD8 + específico de SARS-CoV-2 en fase convalecienteLas poblaciones de células T fueron sesgadas hacia un fenotipo de memoria diferenciada temprana (CCR7 + CD127 + CD45RA + TCF-1 + ) ( Figura 2F ). Es importante destacar que las frecuencias de expresión de CCR7 y CD45RA entre las células T CD8 + específicas de SARS-CoV-2 se correlacionaron positivamente con el número de días libres de síntomas después de la infección, mientras que la frecuencia de expresión de granzima B entre específicas de SARS-CoV-2 Las células T CD8 + se correlacionaron inversamente con el número de días sin síntomas después de la infección ( Figura 2G ). Por lo tanto, el tiempo transcurrido desde la exposición se asoció con la aparición de células T CD8 + específicas de SARS-CoV-2 con memoria madre .

Sobre la base de estas observaciones, cuantificamos las respuestas funcionales de células T de memoria específicas de SARS-CoV-2 en cinco cohortes distintas, incluidas las personas sanas que donaron sangre antes o durante la pandemia, los miembros de la familia que compartieron un hogar con personas convalecientes y fueron expuestos en el momento de la enfermedad sintomática, y los individuos en la fase de convalecencia después de COVID-19 asintomático / leve o grave. Detectamos respuestas de células T potencialmente reactivas cruzadas dirigidas contra la membrana y las proteínas de pico en individuos sanos que donaron sangre antes de la pandemia, de acuerdo con informes anteriores ( Grifoni et al., 2020 ; Nina Le Bert, 2020 ), pero la reactividad de la nucleocápside fue notablemente ausente en esta cohorte ( Figura 3Ay S6A, S6B). Las frecuencias de respuesta más altas en las tres proteínas se observaron en individuos convalecientes que experimentaron COVID-19 grave. Se observaron frecuencias de respuesta progresivamente más bajas en individuos convalecientes con antecedentes de COVID-19 asintomático / leve, miembros de la familia expuestos e individuos sanos que donaron sangre durante la pandemia ( Figura 3A ).

Para evaluar las capacidades funcionales de las células T CD4 + y CD8 + de memoria específica del SARS-CoV-2 en individuos convalecientes, estimulamos las PBMC con los conjuntos de péptidos superpuestos de membrana, nucleocápside y espiga y medimos un marcador sustituto de desgranulación (CD107a) a lo largo de con la producción de interferón (IFN) -γ, IL-2 y TNF ( Figura 3B, C ). Las células T CD4 + específicas de SARS-CoV-2 expresaron predominantemente IFN-γ, IL-2 y TNF ( Figura 3B ), mientras que las células T CD8 + específicas de SARS-CoV-2 expresaron predominantemente IFN-γ y TNF y movilizaron CD107a ( Figura 3C ). Luego usamos el ensayo AIM para determinar la polarización funcional de CD4 + específico de SARS-CoV-2Células T Curiosamente, las células T CD4 + específicas de espiga se sesgaron hacia un perfil de cTfh, mientras que las células T CD4 + específicas de membrana y específicas de nucleocápsides se sesgaron hacia un perfil Th1 o Th1 / Th17 ( Figura 3D y S7A, S7B).

En el siguiente conjunto de experimentos, evaluamos las capacidades de recuperación de las células T CD4 + y CD8 + específicas del SARS-CoV-2 en individuos convalecientes, familiares expuestos y donantes de sangre sanos. Las respuestas proliferativas se identificaron mediante el seguimiento de la dilución progresiva de un colorante citoplasmático (CellTrace Violet; CTV) después de la estimulación con los conjuntos de péptidos de membrana, nucleocápside y espiga superpuestos, y las respuestas funcionales a los mismos antígenos se evaluaron 5 días después midiendo la producción de IFN-γ ( Blom et al., 2013 ; Buggert et al., 2014a ). Respuestas anamnésicas en los compartimentos de células T CD4 + y CD8 + , cuantificadas en función de CTV bajo IFN-γ+ eventos ( Figura 4A ), se detectaron en la mayoría de los individuos convalecientes y miembros de la familia expuestos ( Figura 4B, C ). Las respuestas de células T CD4 + específicas de SARS-CoV-2 fueron proporcionalmente mayores en general que las respuestas de células T CD8 + específicas de SARS-CoV-2 correspondientes ( Figura 4D ). Además, la mayoría de las células T CD4 + específicas de IFN-γ + SARS-CoV-2 produjeron TNF, y la mayoría de las células T CD8 + específicas de IFN-γ + SARS-CoV-2 produjeron granzima B y perforina ( Figura 4E ).

En un conjunto final de análisis, comparamos las respuestas de anticuerpos específicos de SARS-CoV-2 y las células T en y entre los diferentes grupos. Las respuestas de IgG anti-SARS-CoV-2 contra los antígenos de nucleocápside y espiga estaban fuertemente correlacionadas (Figura S8A). Un análisis posterior reveló que las respuestas de células T CD4 + y CD8 + específicas de SARS-CoV-2 estaban presentes en individuos seronegativos, aunque a frecuencias más bajas en comparación con individuos seropositivos ( Figura 4F ). Sin embargo, estas respuestas discordantes fueron pronunciadas en algunos individuos convalecientes con antecedentes de COVID-19 asintomático / leve, miembros de la familia expuestos e individuos sanos que donaron sangre durante la pandemia ( Figura 4Fy S8B, S8C), que a menudo se dirigen a los antígenos internos (nucleocápside) y de superficie (membrana y / o espiga) del SARS-CoV-2 ( Figura 4G ). Por lo tanto, se obtuvieron respuestas potentes de células T de memoria en ausencia o presencia de anticuerpos circulantes, lo que es coherente con un papel no redundante como determinantes clave de la protección inmune contra COVID-19 ( Chandrashekar et al., 2020 ).

Para acceder al estudio completo puede ingresar al siguiente link 

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.06.29.174888v1.full

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