Risposta immunitaria specifica a SARS-CoV-2 sviluppata in seguito ad infezione e vaccinazione

Immunological memory, conferred by the cells of the adaptive immune system, such as B and T cells, is crucial for protecting the host against pathogens, and indeed vaccines base their efficacy on the induction of a long-term memory response. The duration of the protection is related to the quantity and quality of this response. More than the antibody production, the quantity and quality of T cells (i.e. the percentage, absolute number and the polyfunctionality of antigen (Ag)-specific cells) are likely correlated with immune protection. For this reason, we deeply characterize the SARS-CoV-2 Ag-specific response during infection, COVID-19 recovery and after SARS-CoV-2 vaccination in different categories of patients. The phenotype and functionality of SARS-CoV-2 specific CD4+, CD8+ T cells and B cells have been investigated by state of the art flow cytometry and data analysis. Firstly, we studied patients with moderate or severe COVID-19 pneumonia, compared to patients recovering from moderate or severe infection. We assessed the polyfunctionality of virus-specific CD4+ and CD8+ T cells by quantifying cytokine production after in vitro stimulation with different SARS-CoV-2 peptide pools. By using polychromatic flow cytometry, we quantified the percentage of CD4+ and CD8+ T cells simultaneously producing different cytokines. We observed that, compared to patients experiencing severe COVID-19, those recovering from a severe disease display high proportions of Ag-specific CD4+ T cells producing Th1 and Th17 cytokines and are characterized by polyfunctional SARS-CoV-2-specific CD4+ T cells. This suggests that the impaired immune response of patients experiencing severe infection turns into a high quality CD4+ T cells response during recovery. Then, we focused on the effects of different vaccine combinations. We investigated the SARS-CoV-2-specific immune response developed in two groups of healthy donors after vaccination compared to a group of subjects who recovered from the infection. We observed that vaccinated individuals display a skewed Th1 Ag-specific T cell polarization and a higher percentage of Ag-specific and activated memory B cells compared to those of patients who recovered from severe COVID-19. In addition, recovered individuals show higher percentages of CD4+ T cells producing one or two cytokines simultaneously, while the vaccinated are distinguished by highly polyfunctional populations. These data suggest that functional and phenotypic properties of SARS-CoV-2 adaptive immunity differ in recovered COVID-19 individuals and vaccinated ones. Finally, we characterized the immune response developed after SARS-CoV-2 vaccination by Multiple Sclerosis (MS) patients on different disease modifying therapies (DMT). We find that almost all patients develop a detectable and functional SARS-CoV-2 immune response. Among the studied DMTs, only fingolimod and natalizumab significantly modify SARS-CoV-2-specific B and T cell composition after vaccination. These data contribute to highlight the importance of a good vaccine administration and its effectiveness, even in patients on immunomodulatory therapies. The investigation of the quality and the quantity of the memory response is important to gain feedback on the presence and duration of the protection. This could support treatment decisions and help in making sensible choices about re-vaccination schemes in the future.

La memoria immunologica, conferita dai linfociti B e T appartenenti al sistema immunitario acquisito, è fondamentale per la protezione contro patogeni. I vaccini, infatti, basano la loro efficacia sull’induzione di una risposta di memoria a lungo termine. La durata della protezione è correlata alla quantità ed alla qualità della risposta immunitaria. Più che la produzione di anticorpi, è la risposta dei linfociti T (i.e. la percentuale, il numero assoluto e polifunzionalità delle cellule antigene (Ag)-specifiche) ad essere correlata con la protezione. Per questi motivi, in questi studi abbiamo caratterizzato la risposta Ag-specifica a SARS-CoV-2 durante infezione, guarigione da COVID-19, e successivamente alla vaccinazione, in varie categorie di pazienti. Il fenotipo e la funzionalità dei linfociti T CD4+, CD8+ e dei linfociti B sono stati studiati utilizzando tecniche di ultima generazione di citometria a flusso e data analisi. Nel primo studio abbiamo incluso pazienti con polmonite moderata o severa da COVID-19, confrontati con pazienti guariti da queste due forme di infezione. Abbiamo caratterizzato la polifunzionalità dei linfociti CD4+ e CD8+ attraverso la quantificazione delle citochine prodotte in vitro successivamente alla stimolazione con pool di peptidi di SARS-CoV-2. Utilizzando la tecnica di citometria a flusso policromatica, abbiamo quantificato la percentuale di cellule CD4+ e CD8+ polifunzionali. Abbiamo quindi osservato che, rispetto a pazienti con infezione severa, quelli guariti da una forma severa presentano cellule CD4+ che producono citochine di tipo Th1 e Th17 e sono caratterizzati da una risposta CD4+ polifunzionale. Questo suggerisce che la risposta immunitaria compromessa osservata nei pazienti con infezione severa si trasforma in una risposta di alta qualità durante la fase di guarigione. Successivamente, ci siamo focalizzati sull’effetto di diverse combinazioni di vaccini. In particolare, abbiamo analizzato la risposta specifica a SARS-CoV-2 sviluppata in due gruppi di donatori sani in seguito a vaccinazione, confrontati con un gruppo di pazienti guariti dall’infezione. Abbiamo quindi osservato che i soggetti vaccinati presentano cellule T Ag-specifiche del tipo Th1 ed un’alta percentuale di cellule B Ag-specifiche attivate e di memoria, se paragonati con quelle dei pazienti guariti da una forma severa di COVID-19. In aggiunta, i pazienti guariti presentano un’alta percentuale di cellule CD4+ in grado di produrre una o due citochine simultaneamente, mentre i vaccinati si distinguono per popolazioni di cellule altamente polifunzionali. Questi dati suggeriscono che il fenotipo e la funzionalità della risposta Ag-specifica a SARS-CoV-2 sono diversi se sviluppati in seguito a vaccinazione o ad infezione. Infine, abbiamo caratterizzato la risposta immunitaria sviluppata in seguito a vaccinazione in pazienti con Sclerosi Multipla (SM) in trattamento con diversi farmaci. Abbiamo potuto notare che la maggior parte dei pazienti sviluppa una risposta immunitaria a SARS-CoV-2 rilevabile e funzionale. All’interno delle categorie di farmaci analizzati, abbiamo osservato che solo fingolimod e natalizumab modificano significativamente la composizione delle cellule B e T Ag-specifiche. Questi risultati contribuiscono a mettere in evidenza l’importanza e l’efficacia di una buona somministrazione dei vaccini , anche in pazienti in cura con terapie immunomodulanti. Lo studio della qualità e la quantificazione della risposta di memoria è importante per ottenere informazioni riguardo la presenza e la durata della protezione. Questi dati potrebbero supportare decisioni riguardo trattamenti terapeutici ed aiutare in una scelta oculata riguardo futuri richiami o specifici schemi vaccinali.