Email this article 
ADAPTIVE IMMUNE RESPONSE IN WOMEN OF THE RUSSIAN ARCTIC REGION AFTER COVID-19
- Authors: Shashkova E.Y.1, Shchegoleva L.S.2, Filippova O.E.2, Popovskaya E.V.2, Sergeeva T.B.2
-
Affiliations:
- N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Arkhangelsk, Russia
- N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian academy of Science (FECIAR UrB RAS)
- Section: ORIGINAL STUDY ARTICLES
- URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/624207
- DOI: https://doi.org/10.17816/humeco624207
- ID: 624207
Cite item
Full Text
Abstract
Resume. Populations living in the Arctic region have particularly high rates of morbidity and mortality from COVID-19. Extreme climatic and environmental conditions of the Arctic region impede the development of self-regulation processes, which leads to activation and tension of cellular and humoral immunity, that is, to a decrease in the body's reserve capabilities. Currently, there are very few studies that specifically study how the adaptive immune response of individuals who have had COVID-19 behaves in the extreme climatic conditions of the European North of the Russian Federation. Aim. Study of the ratio of immunocompetent cells in the adaptive immune response formed after COVID-19. Materials and methods. 29 women aged 20-40 years old were examined in Arkhangelsk. A comprehensive immunological study included the determination of leukocytes, lymphocytes, their phenotypes (CD5+, CD8+, CD10+, CD95+), phagocytic activity and phagocytic number. Results. The cellular adaptive immune response in the examined individuals 6 months after suffering from moderate COVID-19 disease is characterized by an extremely low concentration of T cells (CD5+) in 100% of cases, CD10+ lymphocytes (44.83%) against the background of a high content of cytotoxic lymphocytes (CD8+) in 48.27% of individuals and lymphocytes with receptors for apoptosis (CD95+) in 51.72% with relatively high phagocytic activity (within 90-100%). A correlation was found in 11.29% of women between the low content of CD10+ and CD95+ cells with the activity of phagocytosis. In 40.00% of individuals with high phagocytic activity, the concentrations of cytotoxic cells (CD8+) were recorded at a minimum level. Conclusions. The lowest concentrations of cytotoxic cells were found in individuals with high phagocytic activity, which may be a positive prognosis for reducing the risk of complications. Cellular immunity predetermines the development of a mild form of COVID-19 infection in individuals with initially significant phagocytic activity
Full Text
Из-за множества факторов население, проживающее в Арктическом регионе, имеет непропорционально более высокие показатели заболеваемости и смертности от COVID-19. К ним могут относиться, например, географические проблемы с получением медицинской помощи и более высокая распространенность ранее существовавших заболеваний, таких как диабет, ожирение и респираторные инфекции [1].
Экстремальные климатические и экологические условия Арктического региона препятствуют развитию процессов саморегуляции, возвращающих системы организма к оптимальному режиму функционирования, что приводит к активации и напряжению клеточного и гуморального иммунитета и, в конечном итоге, к снижению резервных возможностей организма. [2].
Новая коронавирусная инфекция SARS-CoV-2 вызывает развитие острого инфекционного заболевания дыхательных путей с классическими катаральными симптомами, которые клинически могут проявляться как ОРВИ. У 80% больных состояние протекает в среднетяжелой форме и обычно заканчивается спонтанным выздоровлением [3].
COVID-19 уже заразил более 5 миллионов человек и убил по меньшей мере 500 тысяч человек в более чем 200 странах. Бессимптомное течение заболевания может прогрессировать до тяжелой вирусной пневмонии, острого респираторного синдрома и сепсиса, миокардита и почечной недостаточности [4]. Основные публикации по-прежнему содержат ограниченную информацию и основаны на сравнениях с ранее существовавшими вирусными инфекциями и их участием в развитии заболевания [5].
В настоящее время неясно, какие долгосрочные последствия ждут тех, кто перенес этот воспалительный процесс в той или иной форме, или как он изменит здоровье многочисленных систем организма, включая иммунную систему. В литературе часто обсуждаются методы лечения, особенно у лиц с сопутствующим заболеванием или хроническими заболеваниями в анамнезе [6, 7].
Поскольку ожидается, что для восстановления приобретенного иммунитета после естественной инфекции потребуется время в зависимости от тяжести инфекции, реактивация иммунных ответов из-за новой инфекции или вакцины в этот период может вызвать осложнения [8].
В настоящее время очень мало исследований, специально изучающих, как ведет себя адаптивный иммунный ответ лиц, перенесших COVID-19, в экстремальных климатических условиях Европейского Севера Российской Федерации.
Целью данной работы является исследование соотношения иммунокомпетентных клеток в адаптивном иммунном ответе, сформировавшемся после COVID-19.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В апреле-мае 2022 года прошли обследование 29 женщин в возрасте 20-40 лет, г. Архангельск с выпиской установленного клинического диагноза и подтверждением диагноза методом ПЦР. С момента болезни до обследования прошло 6 месяцев. Для участия в исследовании добровольцы предоставили форму информированного согласия.
Проведено комплексное иммунологическое обследование людей, включающее общий анализ крови, исследование содержания лимфоцитарных фенотипов (CD5+, CD8+, CD10+, CD95+) в периферической крови, фагоцитарной активности и фагоцитарного числа. выполняли в лаборатории физиологии иммунокомпетентных клеток Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН.
Кровь для исследования натощак брали утром из локтевой вены в объеме 6 мл. Общий анализ крови проводили на гематологическом анализаторе Horiba ABX Pentra 60, дифференциальное определение лейкоцитов проводили в мазках крови после окраски по Романовскому-Гимзе. Абсолютное содержание субпопуляций Т-лимфоцитов определяли методом непрямой иммунопероксидазной реакции с использованием моноклональных антител («МедБиоСпектр», Москва) на препаратах лимфоцитов типа «высушенная капля», подсчет проводили на микроскопе Nicon Eclipse 50i. Фагоцитарную активность и количество определяли путем инкубации крови с частицами латекса в течение 30 минут при температуре 37°С, затем окрашивали по Романовскому-Гимзе.
Статистический анализ данных исследования проводился с использованием программного обеспечения Microsoft Excel и Statistica 6.0 (StatSoft, США). Результаты были представлены как математическое среднее и средняя ошибка (M ± m). Корреляционный анализ проводился с определением непараметрического коэффициента ранговой корреляции Спирмена (r) и оценкой его достоверности (р). Статистическую значимость присваивали при р <0,05.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант Российского научного фонда № 22-25-20143, https://rscf.ru/project/22-25-20143/).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Защитные реакции развиваются в ответ на инфекцию SARS-CoV-2 за счет активации врожденного и приобретенного иммунитета, направленного против вируса; однако иммунопатогенез COVID-19 связан с формированием несбалансированного иммунного ответа, что в особо тяжелых случаях приводит к нарушению функции легких [9, 10].
Представляло интерес оценить клеточный адаптивный иммунный ответ у молодых женщин через 6 месяцев после перенесенного заболевания средней степени тяжести.
В результате исследования установлено, что средняя концентрация лейкоцитов, лимфоцитов и нейтрофилов у обследованных женщин через 6 месяцев после COVID-19 находится в пределах общепринятых физиологических референсных интервалов - 5,55±0,01; 2,81 ± 0,02; 1,99 ± 0,02 ×109 кл/л соответственно (табл. 1). Однако содержание лимфоцитов оказалось ближе к верхней границе референсного интервала, а соотношение нейтрофилов/лимфоцитов было обратным.
Таблица 1. Иммунный статус женщин Архангельска в возрасте 20–40 лет (n = 29) через 6 месяцев после COVID-19.
Показатели | Средние данные (М±m) | Референсные значения | Частота регистрации дисбалансов, % | |
Низкий | Высокийh | |||
Лейкоциты, × 109 cell/l | 5.55±0.13 | 4 – 10 | 10.34 | 48.27 |
Лимфоциты, × 109 cell/l | 2.81±0.08 | 1.5 – 3.5 | – | 13.79 |
Неётрофилы, × 109 cell/l | 1.99±0.06 | 1.5 – 5.5 | – | 10.34 |
СD5+, × 109 cell/l | 0.45±0.01 | 1.5 – 2.5 | 100 | – |
СD8+, × 109 cell/l | 0.42±0.03 | 0.2 -0.4 | – | 48.27 |
СD10+, × 109 cell/l | 0.43±0.04 | 0.5 – 0.6 | 44.83 | 6.90 |
СD95+, × 109 cell/l | 0.60±0.05 | 0.45 – 0.55 | 20.69 | 51.72 |
Фагоцитарное число | 6.00±0.20 | 1 – 8 | - | 27.59 |
Активные фагоциты, % | 50.40±1.12 | > 50 | 37.93 | - |
Уровень содержания в общей популяции всех Т-клеток (CD5+) крайне низкий, в три раза ниже нижнего предела установленной физиологической нормы (1,5 – 2,5×109 кл/л), в среднем 0,45 ± 0,01 ×109 кл/л.
Концентрация цитотоксических клеток (CD8+) сравнительно высокая, в среднем 0,42±0,03×109 кл/л, по сравнению с общепринятой нормой 0,2–0,4×109 кл/л.
Важно подчеркнуть, что средняя концентрация Т-лимфоцитов с маркером CD10+ (0,43±0,04×109 кл/л), отражающих лимфопролиферативную активность, выявляется ниже физиологического референтного интервала (0,5–0,6×109 кл/л).
Было отмечено, что через 6 месяцев после COVID-19 количество лимфоцитов с маркером CD95+, представляющим апоптотический процесс, у обследованных молодых женщин довольно высокое - 0,60 ± 0,05 × 109 клеток/л (при нормальном значении 0,45 – 0,55 × 109 клеток/л).
Таким образом, через 6 месяцев после COVID-19 количество Т-клеток у обследованных людей крайне низкое, за исключением цитотоксических лимфоцитов (CD8+) и лимфоцитов с апоптотическими рецепторами (CD95+).
Наибольшие значения корреляции обнаружены между клетками CD8+ и CD95+ (r=0,81, p<0,001).
Содержание фагоцитарного числа и уровень фагоцитарной активности находятся в пределах физиологической нормы: в среднем фагоцитарное число у обследованных женщин составляет 6±0,20, а фагоцитарная активность регистрируется на уровне 50,40%±1,12, что находится на нижней границе нормы, что находится на нижней границе референсных значений.
Частота встречаемости иммунологических нарушений у обследованных лиц велика и вызывает особую озабоченность. В нашем исследовании лейкопения встречалась примерно в 5 раз реже, чем лейкоцитоз, встречаясь у 10,34% и 48,27% молодых женщин соответственно.
Выявлено, что ни в одном случае не наблюдались лимфопении и нейтропении. Напротив, у 13,79% обследованных добровольцев наблюдался умеренный лимфоцитоз, а у 10,34% — незначительное увеличение общего количества нейтрофилов.
При этом концентрация цитотоксических клеток устанавливалась на уровне минимум 0,20-0,22×109 кл/л у 41,38% лиц с относительно высокой фагоцитарной активностью (в пределах 90-100%).
В 100% изученных случаев имелся дефицит концентрации общей популяции Т-клеток (CD5+). Важно отметить, что низкое содержание Т-клеток было связано с низким уровнем клеток, представляющих процессы лимфопролиферации CD10+ (r = 0,78, p >0,001).
При этом высокий уровень цитотоксической активности (CD8+), наблюдавшийся у 48,27% обследованных, обратно коррелирует с фагоцитарной активностью (r=-0,77; p >0,001), а также высоко коррелирует с клетками, экспрессирующими апоптотические рецепторы (CD95+). г=0,78; р >0,001.
ОБСУЖДЕНИЕ
По литературным данным [10], у переболевших COVID-19 людей наблюдался высокий и низкий клеточный иммунитет в соотношении 50 на 50%. Согласно аналогичным результатам, представленным в работах [11, 12] Stephens D.S. et al., уровень специфического клеточного ответа у выздоравливающих пациентов с COVID-19 варьируется в зависимости от функциональных систем пациента и их способности, и это зависит от тяжести заболевания. Противовирусная цитотоксическая активность низкая при легкой или бессимптомной степени тяжести заболевания. Что согласуется с результатами, полученными в данном исследовании, особенно с учетом того, что почти у 40% обследованных больных наблюдалось снижение фагоцитарной активности на фоне относительно низкого содержания нейтрофилов, а также увеличение частоты регистрации высоких концентраций цитотоксических клеток (CD8+) и экспрессии рецепторов апоптоза (CD95+).
В работе [Grifoni et al., 2020] также было показано, что специфические CD4+ Т-хелперы и CD8+ цитотоксические Т-лимфоциты к COVID-19 обнаруживаются в периферической крови у 100% и 70% выздоровевших пациентов после COVID-19 соответственно, в течение 20–35 дней после выздоровления от COVID-19. Однако цитотоксические лимфоциты CD8+ несут прямую ответственность за элиминацию инфицированных вирусом клеток.
Возможно, это является причиной повышенного уровня цитотоксических Т-лимфоцитов и усиления апоптоза. Следовательно, можно предположить, что через шесть месяцев после выздоровления от COVID-19 процесс аттенуации клеток, участвовавших в противовирусном ответе при инфекции, путем экспрессии рецептора (CD95+) и запуска апоптоза все еще продолжается.
Более того, в рукописях ряда авторов показано [13, 14], что снижение экспрессии (CD5+) способствует увеличению концентрации лимфоцитов с маркером (CD8+) и активации апоптоз. Это позволяет предположить, что снижение концентрации рецептора (CD5+) может объяснить увеличение содержания цитотоксических клеток. В то же время он запускает гиперактивацию процесса лимфопролиферации, что противоречит наблюдаемому в наших исследованиях увеличению частоты регистрации низких уровней клеток с маркером (CD10+), представляющим процесс лимфопролиферации.
При выздоровлении от инфекции COVID-19 также можно предположить, что низкая активность лимфопролиферации является следствием усилий иммунной системы по восстановлению своих резервных возможностей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, установлено, что через шесть месяцев после легкой формы COVID-19 адаптивный иммунный ответ у молодых женщин характеризуется низким уровнем всей популяции Т-клеток (CD5+), низким уровнем процессов лимфопролиферации (CD10+), на фоне незначительного повышения общего уровня лейкоцитов, цитотоксической активности (CD8+) и активности процессов апоптоза (CD95+).
Выявленные в ходе исследования иммунные дисбалансы могут приводить к развитию вторичных экологически зависимых иммунодефицитов, особенно у лиц с повышенной цитотоксической активностью, связанной с усилением апоптотической активности. Наименьшие концентрации цитотоксических клеток выявлены у лиц с высокой фагоцитарной активностью, что, по нашему мнению, имеет положительный прогноз и снижает риск развития осложнений.
Следует предположить, что клеточный иммунитет предопределяет развитие легкой формы инфекции COVID-19 у лиц с исходно значительной фагоцитарной активностью, что требует дополнительного изучения и уточнения у лиц со среднетяжелым и тяжелым развитием заболевания.
ДОПОЛНИТЕЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Научное исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (Грант РНФ 22-25-20143, https://rscf.ru/project/22-25-20143/)
Funding source. This work was supported by the Research Foundation Flanders (grant 22-25-20143, https://rscf.ru/project/22-25-20143/)
Информированное согласие на участие в исследовании. Все участники исследования до включения в исследование добровольно подписали форму информированного согласия, утвержденную в составе протокола исследования этическим комитетом.
Patients’ consent. Written consent was obtained from all the study participants before the study screening in according to the study protocol approved by the local ethic committee.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
Вклад авторов: Л.С. Щёголева - обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, написание текста и редактирование статьи; Е.Ю. Шашкова - обзор литературы, сбор и обработка данных, анализ литературных источников, подготовка и написание текста статьи; О.Е. Филиппова - сбор и анализ литературных источников, подготовка и написание текста статьи; Е.В. Поповская - сбор и обработка данных, анализ литературных источников, написание текста; Т.Б. Сергеева - сбор и обработка данных, анализ литературных источников, написание текста. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Author contribution: L.S. Shchegoleva - literature review, collection and analysis of literary sources, writing and editing of the article; E.Y. Shashkova - literature review, collection and analysis of literary sources, preparation and writing of the text of the article; O.E. Filippova - collection and analysis of literary sources, preparation and writing of the text of the article; E.V. Popovskaya - collection and analysis of literary sources, writing of the text; T.B. Sergeeva - data collection and processing, analysis of literary sources, text writing. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).
About the authors
Elizaveta Yurievna Shashkova
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Arkhangelsk, Russia
Author for correspondence.
Email: eli1255@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-1735-6690
SPIN-code: 8137-0571
Scopus Author ID: 57196280031
ResearcherId: J-3988-2018
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии иммунокомпетентных клеток
Russian Federation, г. Архангельск, пр. Никольский, д. 20Lyubov Stanislavovna Shchegoleva
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian academy of Science (FECIAR UrB RAS)
Email: shchegoleva60@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4900-4021
SPIN-code: 6859-2123
Scopus Author ID: 6603940197
ResearcherId: J-4591-2018
д.б.н., профессор, заведующая лабораторией, главный научный сотрудник физиологии иммунокомпетентных клеток
Russian Federation, г. Архангельск, пр. Никольский, д. 20Oksana Evgenievna Filippova
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian academy of Science (FECIAR UrB RAS)
Email: eli1255@ya.ru
ORCID iD: 0000-0001-6117-0562
SPIN-code: 8507-7525
Scopus Author ID: 57191530219
ResearcherId: J-4648-2018
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии иммунокомпетентных клеток
Russian Federation, г. Архангельск, пр. Никольский, д. 20Ekaterina Vasilyevna Popovskaya
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian academy of Science (FECIAR UrB RAS)
Email: miakati15@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6306-1068
SPIN-code: 4890-4668
Scopus Author ID: 1009799
ResearcherId: J-6117-2018
научный сотрудник лаборатории физиологии иммунокомпетентных клеток
Russian Federation, г. Архангельск, пр. Никольский, д. 20Tatyana Borisovna Sergeeva
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian academy of Science (FECIAR UrB RAS)
Email: tanya--86@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0745-3099
SPIN-code: 6139-1758
Scopus Author ID: 57191528773
ResearcherId: HHZ-2694-2022
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии иммунокомпетентных клеток
Russian Federation, г. Архангельск, пр. Никольский, д. 20References
- Hathaway, E. D. American Indian and Alaska native people: Social vulnerability and COVID‐19. The Journal of rural health. 2021. 37(1):256-259. doi: 10.1111/jrh.12505.
- Donaldson, S., Adlard, B., Odland, J. Ø. (2016). Overview of human health in the Arctic: conclusions and recommendations. International Journal of Circumpolar Health. 2016. 13:75:33807. doi: 10.3402/ijch.v75.33807.
- Akimkin, V. G., Popova, A. Y., Ploskireva et al. COVID-19: the evolution of the pandemic in Russia. Report I: manifestations of the COVID-19 epidemic process. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2022. 99(3), 269-286. doi: 10.36233/0372-9311-276
- Troshina, E. A., Melnichenko, G. A., Senyushkina, E. S., Mokrysheva, N. G. (2020). Adaptation of the hypothalamo-pituitary-thyroid and hypothalamo-pituitary-adrenal systems to a new infectious disease-COVID-19 in the development of COVID-19 pneumonia and/or cytokine storm. Clinical and experimental thyroidology. 2020. 16(1): 21-27. doi: 10.14341/ket12461
- Kaufmann, S. H., Dorhoi, A., Hotchkiss, R. S., Bartenschlager, R. (2018). Host-directed therapies for bacterial and viral infections. Nature reviews Drug discovery. 2018. 17(1): 35-56. doi: 10.1038/nrd.2017.162.
- Shanmugaraj, B., Siriwattananon, K., Wangkanont, K., & Phoolcharoen, W. (2020). Perspectives on monoclonal antibody therapy as potential therapeutic intervention for Coronavirus disease-19 (COVID-19). Asian Pacific journal of allergy and immunology. 2020. 38(1): 10-18. doi: 10.12932/AP-200220-0773.
- Knyazev, S., Chhugani, K., Sarwal, V. et al. Unlocking capacities of genomics for the COVID-19 response and future pandemics. Nature Methods. 2022. 19(4): 374-380. doi: 10.1038/s41592-022-01444-z.
- Van Damme, W., Dahake, R., Delamou, A. et al. The COVID-19 pandemic: diverse contexts; different epidemics - how and why?. BMJ global health. 2020. 5(7): e003098. doi: 10.1136/bmjgh-2020-003098.
- Smirnov V.S., Totolyan A.A. Innate immunity during coronavirus infection. Infection and immunity. 2020. T.10, no. (2), . 259-268. DOI: http://dx.doi.org/10.15789/2220-7619-III-1440
- Toptygina A.P., Semikina E.L., Zakirov R.Sh., Afridonova Z.E. Comparison of humoral and cellular immunity in patients who have recovered from COVID-19. Infections and immunity. 2022. T. 12, No. 3. pp. 495-504. doi: 10.15789/2220-7619-COT-1809
- Dan, J. M., Mateus, J., Kato, Y. et al. Immunological memory to SARS-CoV-2 assessed for up to 8 months after infection. Science. 2021. 371(6529): eabf4063. doi: 10.1126/science.abf4063.
- Stephens, D. S., McElrath, M. J. COVID-19 and the Path to Immunity. Jama. 2020. 324(13): 1279-1281. doi: 10.1001/jama.2020.16656.
- Alotaibi, F., Rytelewski, M., Figueredo, R. et al. CD5 blockade enhances ex vivo CD8+ T cell activation and tumour cell cytotoxicity. European journal of immunology. 2020. 50(5): 695-704. doi: 10.1002/eji.201948309.
- Freitas, C. M. T., Johnson, D. K., Weber, K. S. T cell calcium signaling regulation by the co-receptor CD5. International Journal of Molecular Sciences. 2018. 19(5): 1295. doi: 10.3390/ijms19051295.
Supplementary files
