Immune characterization of a Colombian family cluster with SARS-CoV-2 infection / Caracterización inmunológica de un grupo familiar colombiano con infección por SARS-CoV-2

Abstract | Introduction: Immunological markers have been described during COVID-19 and persist after recovery. These immune markers are associated with clinical features among SARS- CoV-2 infected individuals. Nevertheless, studies reporting a comprehensive analysis of the immune changes occurring during SARS-CoV-2 infection are still limited. Objective: To evaluate the production of proinflammatory cytokines, the antibody response, and the phenotype and function of NK cells and T cells in a Colombian family cluster with SARS-CoV-2 infection. Materials and methods: Proinflammatory cytokines were evaluated by RT-PCR and ELISA. The frequency, phenotype, and function of NK cells (cocultures with K562 cells) and T-cells (stimulated with spike/RdRp peptides) were assessed by flow cytometry. Anti-SARS-CoV-2 antibodies were determined using indirect immunofluorescence and plaque reduction neutralization assay. Results: During COVID-19, we observed a high proinflammatory-cytokine production and a reduced CD56bright-NK cell and cytotoxic response. Compared with healthy controls, infected individuals had a higher frequency of dysfunctional CD8+ T cells CD38+HLA-DR-. During the acute phase, CD8+ T cells stimulated with viral peptides exhibited a monofunctional response characterized by high IL-10 production. However, during recovery, we observed a bifunctional response characterized by the co-expression of CD107a and granzyme B or perforin. Conclusion: Although the proinflammatory response is a hallmark of SARS-CoV-2 infection, other phenotypic and functional alterations in NK cells and CD8+ T cells could be associated with the outcome of COVID-19. However, additional studies are required to understand these alterations and to guide future immunotherapy strategies.

Resumen | Introducción. Se han descrito diferentes marcadores inmunológicos durante la COVID-19, los cuales persisten incluso después de la convalecencia y se asocian con los estadios clínicos de la infección. Sin embargo, aún son pocos los estudios orientados al análisis exhaustivo de las alteraciones del sistema inmunológico en el curso de la infección. Objetivo. Evaluar la producción de citocinas proinflamatorias, la reacción de anticuerpos, y el fenotipo y la función de las células NK y los linfocitos T en una familia colombiana con infección por SARS-CoV-2. Materiales y métodos. Se evaluaron las citocinas proinflamatorias mediante RT-PCR y ELISA; la frecuencia, el fenotipo y la función de las células NK (en cocultivos con células K562) y linfocitos T CD8+ (estimulados con péptidos spike/RdRp) mediante citometría de flujo, y los anticuerpos anti-SARS-CoV-2, mediante inmunofluorescencia indirecta y prueba de neutralización por reducción de placa. Resultados. Durante la COVID-19 hubo una producción elevada de citocinas proinflamatorias, con disminución de las células NK CD56 bright y reacción citotóxica. Comparados con los controles sanos, los individuos infectados presentaron con gran frecuencia linfocitos T CD8+ disfuncionales CD38+HLA-DR-. Además, en los linfocitos T CD8+ estimulados con péptidos virales, predominó una reacción monofuncional con gran producción de IL-10 durante la fase aguda y una reacción bifuncional caracterizada por la coexpresión de CD107a y granzima B o perforina durante la convalecencia. Conclusión. Aunque la reacción inflamatoria caracteriza la infección por SARS-CoV-2, hay otras alteraciones fenotípicas y funcionales en células NK y linfocitos T CD8+ que podrían asociarse con la progresión de la infección. Se requieren estudios adicionales para entender estas alteraciones y guiar futuras estrategias de inmunoterapia.

Diseño y optimización de un tubo policromático de citometría de flujo para inmunofenotipo linfocitario periférico / Design and optimization of a polychromatic tube of flow cytometry for peripheral lymphocyte immunophenotype

Introducción: La citometría de flujo permite la cuantificación de las subpoblaciones de linfocitos con una elevada sensibilidad, especificidad y objetividad. Estas ventajas solo se logran con un proceso laborioso de diseño individualizado y controlado para cada experimento. Objetivo: Diseñar un protocolo de un solo tubo policromático de citometría flujo para inmunofenotipo linfocitario periférico. Métodos: Se realizó un estudio experimental in vitro con muestras de sangre periférica obtenidas de tres voluntarios sanos, en el Centro Nacional de Genética Médica, en marzo de 2019. El tubo se compuso de seis marcadores de linaje para identificar linfocitos B, T, natural killer y natural killer T. Se desarrolló un protocolo de lisis de hematíes sin lavado. Se emplearon anticuerpos monoclonales conjugados con fluorocromos. El punto óptimo de concentración correspondió al mayor índice de tinción y conservación de los porcentajes de positividad de cada población. Se realizó la construcción progresiva del tubo y se propuso una estrategia lógica de secuencia de ventanas para el análisis de datos. Resultados: Los marcadores seleccionados permitieron realizar correctamente el inmunofenotipo linfocitario periférico. En los cinco puntos de titulación se observaron buenas discriminaciones entre las señales positivas y negativas, excepto para el anti-CD56 que presentó una tendencia decreciente del índice de tinción. El volumen total de conjugados requeridos para la determinación de los 6 antígenos fue de 3,75 μL por tubo. Conclusiones: Se obtuvo un tubo policromático que permite el inmunofenotipo periférico de forma rápida y precisa por seis antígenos linfocitarios simultáneamente, con el empleo de pequeños volúmenes de conjugado y sangre(AU)

Introduction: Flow cytometry allows quantification of lymphocyte subpopulations with high sensitivity, specificity and objectivity. These advantages are only achieved through the hardworking process of individualized and controlled design for each experiment. Objective: To design a flow cytometry protocol of a single polychromatic tube for peripheral lymphocyte immunophenotype. Methods: An experimental in vitro study was carried out, in March 2019, with peripheral blood samples obtained from three healthy volunteers, at the National Center for Medical Genetics. The tube was made up of six lineage markers for identifying natural B and T lymphocytes, natural killers and natural killer T cells. A protocol was developed for red blood cell lysis without washing. Fluorochrome-conjugated monoclonal antibodies were used. The optimal point of concentration corresponded to the highest staining index and preservation of the positivity percentages of each population. Progressive tube construction was performed and a logical window sequence strategy was proposed for data analysis. Results: The chosen markers allowed to carry out correct peripheral lymphocyte immunophenotype. Good discriminations between positive and negative signals were observed at the five titration points, except for anti-CD56, which presented a decreasing trend in the staining index. The total volume of conjugates required for determination of the six antigens was 3.75 μL per tube. Conclusions: A polychromatic tube was obtained that allows to carry out peripheral immunophenotype quickly and precisely by six lymphocyte antigens simultaneously, with the use of small volumes of conjugate and blood(AU)

Leucemia agresiva de células natural killer en un paciente pediátrico / Agressive NK-cell leukemia in a pediatric patient

Resumen Introducción: Las neoplasias de células natural killer (NK) son poco frecuentes y representan <5% de todas las neoplasias linfoides. Comprometen diferentes entidades clínicas, como la leucemia de células NK, que es una neoplasia hematológica altamente agresiva con un pronóstico precario, que se presenta en hombres jóvenes y se observa con mayor frecuencia en ascendencia asiática. El virus de Epstein-Barr (VEB) parece estar relacionado con la patogenia de esta leucemia. Caso clínico: Se presenta el caso de un paciente de sexo masculino de 1 año y 7 meses de edad, quien inició su padecimiento con síndrome anémico, febril, infiltrativo e hiperleucocitosis. En el aspirado de médula ósea se detectaron blastos de morfología L2 (96%), inmunofenotipo CD56 (80.87%) y desoxinucleotidil transferasa terminal (84.11%). En la biopsia de médula ósea se identificó CD2+ membranoso, CD3+ citoplásmico y CD56+ membranoso; la serología para VEB fue positiva. El paciente recibió dos esquemas diferentes de quimioterapia basados en metotrexato, ifosfamida, etopósido, dexametasona y L-asparaginasa, y se documentó remisión parcial. Actualmente, se encuentra vivo con la enfermedad. Conclusiones: La leucemia de células NK es rara en adultos jóvenes, pero aún más en pacientes en edad pediátrica. Además, es de muy difícil tratamiento, ya que solo se cuenta con algunos reportes de casos, la sobrevida es de semanas a meses y las oportunidades de tratamiento se limitan. Recientemente, se ha evidenciado la utilidad del trasplante de médula ósea alogénico o células de cordón umbilical, y se ha logrado una sobrevida a 2 años. Las posibilidades terapéuticas en estos pacientes se encuentran en estudio. Se espera lograr en un futuro cercano la remisión completa y sobrevida a 5 años.

Abstract Background: Natural killer (NK) cell neoplasms are rare and represent <5% of all lymphoid neoplasms. They involve different clinical entities, of which one is NK cell leukemia, a highly aggressive hematologic neoplasm with poor prognosis that presents in young men and is more frequently seen in Asian descent. Epstein-Barr virus (EBV) seems to be related to the pathogenesis. Case report: A male patient of 1 year and 7 months of age, who began his condition with anemic, febrile, infiltrative syndrome and hyperleukocytosis is described. Bone marrow aspirate showed L2 morphology blasts (96%), CD56 (80.87%) and terminal deoxynucleotidyl transferase (84.11%) immunophenotype. Bone marrow biopsy showed membranous CD2+, cytoplasmic CD3+ and membranous CD56+; serology positive to EBV. The patient received two different chemotherapy schemes based on methotrexate, ifosfamide, etoposide, dexamethasone and L-asparaginase, which resulted in partial remission. Currently, the patient lives with the disease. Conclusions: NK cells leukemia is rare in young adults, but even more in pediatric patients, for which it is very difficult to treat because only a few cases have been reported in the literature, the survival varies from weeks to months and the chances of treatment are limited. Recently, the usefulness of allogeneic bone marrow transplantation or umbilical cord cells has been demonstrated, achieving a 2-year survival. The therapeutic possibilities in these patients are under study. In the near future, we hope to achieve the complete remission of the disease and a 5-year survival.

Variaciones en el número y función de los linfocitos asesinos naturales durante infecciones recurrentes o graves / Variation in NK cell number and function in individuals with recurrent or severe infections

Introducción. Existen pocos datos sobre los defectos que afectan el desarrollo y función de los linfocitos asesinos naturales ( natural killers, NK) en pacientes con un incremento anormal en la recurrencia de infecciones. Objetivo. Realizar una evaluación sistemática de las diferentes subpoblaciones y la función de estas células en pacientes con infecciones recurrentes. Materiales y métodos. Se incluyeron 20 pacientes con infecciones graves o recurrentes y se analizaron las subpoblaciones y la respuesta citotóxica de los linfocitos NK en sangre periférica. Los resultados de los pacientes se compararon con controles sanos pareados por edad y sexo. Resultados. Los pacientes con episodios infecciosos activos presentaron anormalidades transitorias en el porcentaje o el número absoluto de linfocitos NK. Se caracterizaron, además, cinco pacientes con alteraciones persistentes en la distribución de las subpoblaciones de linfocitos NK. Estas alteraciones se debieron principalmente a la disminución de células CD56 dim CD16 bright . Se evidenciaron, también, defectos en la función de los linfocitos NK en algunos de nuestros pacientes; sin embargo, estas alteraciones fueron transitorias y se asociaron principalmente a la fase activa de la enfermedad. Conclusiones. Nuestros resultados evidencian defectos transitorios en el número y función de los linfocitos NK en pacientes con infecciones recurrentes o graves, además de alteraciones persistentes en los LNK CD56 dim CD16 bright en algunos individuos. Es necesario profundizar en los mecanismos que conllevan al desarrollo de estos defectos inmunes y estudiar cómo estas alteraciones influyen en la respuesta inmune.

Introduction: The information about defects affecting natural killer cell (NK) development and activity in patients with an abnormal increase of recurrent infections is scarce. Objective: To perform a systematic analysis of NK abnormalities in patients with recurrent infections. Materials and methods: Our study enrolled twenty patients with severe or recurrent viral infections. Natural killer cell subsets, surface receptors expression and cytotoxicity were analyzed. Results were compared with those from age- and sex-matched healthy controls. Results: Transient alterations were observed in the percentages and absolute numbers of NK cells in patients with infection active episodes. We also described five patients with stable disturbances in the distribution of NK cell subpopulations. These defects are mainly due to a decrease in the CD56 dim CD16 bright cells in peripheral blood. In addition, NK cell function abnormalities were observed in some patients, however, those were always transient and mainly associated to active disease. Conclusions: These findings demonstrate transient alterations in the percentages and absolute numbers of NK cells in patients with recurrent or severe infection. Also, stable disturbances in CD56 dim CD16 bright NK cells are observed in these patients. Nevertheless, these parameters must be thoroughly studied to determine the mechanisms that entail these immune abnormalities and investigate how they alter the immune response.

Analysis of NK cells in peripheral blood and tumor infiltrating lymphocytes in cervical cancer patients / Análisis de la población de células asesinas naturales (NK) en sangre periférica y en linfocitos infiltrantes de tumor en pacientes con cáncer de cuello uterino

Objective: To understand the biologic and clinical importance of intratumoral natural killer cells CD16+CD56+CD3 and NKT CD16+CD56+CD3 cells in immune surveillance against cervical cancer. Methods: To understand the significance of NK (CD16+CD56+CD3-) and NKT (CD16+CD56+CD3-) in immune surveillance against cervical cancer, we analysed 39 peripheral blood and 30 biopsy samples from cervical cancer patients, and 40 peripheral blood and 5 biopsy samples from healthy women with normal cytology. The frequencies of NK and NKT and HLA-I expression in keratinocytes were analysed by flow cytometry. Results: In peripheral blood, a higher frequency of NK was observed in the patient group compared with the controls (p=0.002). However, this increase was not reflected in TILs (p=0,095). A significant reduction of HLA-I expression was observed in the patient group compared to the control group (p=0.019). A low number of NK infiltrated was observed in tumors of patients with HLA-I down regulation, but it was not significant (p=0.374). A low number of NK infiltration was associated with shorter survival, but it was not significant (p=0.275). Conclusions: Our results show that although in peripheral blood an increase in NK population was observed in patient group, this increase was not reflected in TILs. It is possible that this inefficient migration of NK´s into the tumor milieu could be related to the expression of immunosuppressive cytokines, in particular IL-10.

Objetivo: Entender la importancia biológica y clínica de las células intratumorales natural killer (NK) CD16+CD56+CD3- y de las células natural killer T (NKT) CD16+CD56+CD3- en la inmunovigilancia del cáncer de cuello uterino (CCU). Métodos: Para comprender el papel de las NK (CD16+CD56+CD3-) y de las células natural killer T (NKT) (CD16+CD56+CD3-) en la inmunovigilancia del CCU, se analizaron 39 muestras de sangre periférica (SP) y 30 biopsias de pacientes con CCU, así como de 40 muestras de SP y 5 biopsias de cuello uterino de mujeres con citología normal. Las frecuencias de NK y NKT y la expresión de HLA-I se analizaron por citometría de flujo. Resultados: Se observó una mayor frecuencia de NK en SP en el grupo de pacientes comparado con el grupo control (p = 0,002). Sin embargo, este aumento no se reflejó en TIL (p = 0,095). Una reducción significativa de HLA-I se observó en el grupo de pacientes (p = 0,019). Esta disminución se asoció una disminución en el número de NK, pero no fue significativa (p = 0,374). Un bajo número de NK se asoció con una menor supervivencia, pero no fue significativo (p = 0,275). Conclusiones: Nuestros resultados muestran que aunque en SP se observa un incremento de NK, este no se refleja en los TIL. Es posible que este tráfico ineficiente de células NK hacia el tumor esté alterado por la expresión de citoquinas inmunosupresoras, en particular IL-10.

Células con propiedades inmunoreguladoras y su impacto en la patogénesis de la sepsis / Cells with immunoregulatory properties and their impact in the pathogenesis of sepsis

Sepsis, defined as a systemic inflammatory response syndrome caused by an infection, is a significant cause of mortality worldwide. It is currently accepted that death associated to sepsis is due to an immune hyperactivation state involving the development of a broad proinflammatory response along with alterations in the coagulation system. It is now clear that besides the inflammatory events, the clinical course of sepsis is characterized by the development of an anti-inflammatory response that could lead to death in its attempt to balance the initial response. The purpose of this review is to summarize current mechanisms that explain the pathogenesis of sepsis, underlying the role that cells with immunoregulatory properties play during the course of this complex syndrome. A better understanding of these processes will contribute in the search of more successful therapeutic strategies.

El síndrome de respuesta sistémica consecuencia de una infección, denominado sepsis, constituye una causa significativa de muerte en el mundo. Históricamente se ha aceptado que la muerte por sepsis se debe a un estado de hiperactivación inmunológica, que implica el desarrollo de una vasta respuesta pro-inflamatoria acompañada de alteraciones en el sistema de coagulación. Ahora es claro que además de los sucesos inflamatorios, el curso clínico de la sepsis se caracteriza por el desarrollo de una respuesta anti-inflamatoria que busca contrarrestar la respuesta inicial, y es ésta finalmente en gran parte responsable de la muerte de los pacientes. El propósito de esta revisión es resumir los mecanismos actuales que explican la patogénesis de la sepsis, y específicamente el papel que desempeñan las subpoblaciones celulares con propiedades inmuno-reguladoras durante el curso de la enfermedad. El mejor entendimiento de estos procesos contribuirá a la búsqueda de estrategias terapéuticas más exitosas.