Assessment of formation and durability of adaptive immunity in COVID-19 convasescents

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The study of adaptive immunity in COVID-19 convalescent patients is important, because no consensus on whether the disease severity affects formation and durability of COVID-19 immune response has been achieved. A comparative assessment of emergence and durability of sustained cellular and humoral immunity in convalescent patients with COVID-19 of varying severity was carried out. The study involved volunteers with asymptomatic (n = 30), moderate (n = 21) and severe (n = 12) COVID-19. The average age of the subjects was 47.3±12.5 years. The formation of cellular immunity was assessed by increased IFNγ production in response to 16–20 hour-long SARS-CoV-2-derived glycoprotein S (RBD) lymphocyte stimulation. To measure IFNγ level, the Gamma Interferon–IFA-BEST test system manufactured by Vector-Best JSC, Russia, was used. The humoral immune response was recorded by detecting SARS-CoV-2RBD-specific class G antibodies using the “SARS-CoV-2RBD-ELISA-Gamalei” test system (FSBI “NITSEM N.F. Gamalei” of the Ministry of Health of Russia). It was revealed that humoral and cellular immunity against SARS-CoV-2 proteins was formed in all COVID-19 convalescent patients. However, the number of subjects with adaptive immunity to COVID-19 and the duration of its preservation depends on the severity of the infection. A significant decrease in the number of subjects with cellular immunity was revealed in the group of severe COVID-19. Most of the volunteers in this group had class G immunoglobulins before the end of the follow-up. In this group, unlike the other two, no patients were identified in whom only the cellular arm of the immune response was activated. Volunteers who did not retain adaptive immunity to the COVID-19 pathogen appeared only by the end of the follow-up period. Among those recovered after moderate disease 7–8 months later there was a decrease in the number of people with cellular and humoral immunity. This process started earlier than in the group of patients who were asymptomatic and continued until the end of the study. The proportion of individuals with cellular immunity increased, and at later timepoint — with humoral immune response. By the end of the study, a high percentage of volunteers remained asymptomatically infected, having cellular and humoral immunity to SARS-CoV-2. Their number remained significantly higher than in the group of moderate COVID-19, but lower than in severe COVID-19. By the end of the study, an increased number of volunteers with solely cellular immune response was recorded in this group. At the end of the follow-up period, the number of volunteers with humoral immunity against SARS-CoV-2 remained higher compared to those with a cellular immune response.

About the authors

Inna A. Ivanova

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Author for correspondence.
Email: ivanova_ia@antiplague.ru

PhD (Biology), Leading Researcher, Acting Head of the Immunology Laboratory

Russian Federation, Rostov-on-Don

Anna V. Filippenko

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

Junior Researcher, Laboratory of Immunology

Russian Federation, Rostov-on-Don

Anastasia A. Trufanova

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

Junior Researcher, Laboratory of Immunology

Russian Federation, Rostov-on-Don

Natalya D. Omelchenko

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

PhD (Medicine), Senior Researcher Laboratory of Immunology

Russian Federation, Rostov-on-Don

Olga S. Chemisova

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

Acting Head of the Laboratory “Сollection of Pathogenic Microorganisms”

Russian Federation, Rostov-on-Don

Aleksej S. Vodopyanov

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Molecular Biology of Natural Focal and Zoonotic Infections

Russian Federation, Rostov-on-Don

Elena A. Bereznyak

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Natural Focal and Zoonotic Infections

Russian Federation, Rostov-on-Don

Elena P. Sokolova

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

PhD (Biology), Junior Researcher, Epidemiology Department

Russian Federation, Rostov-on-Don

Aleksej K. Noskov

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

Director

Russian Federation, Rostov-on-Don

Areg A. Totolyan

St. Petersburg Pasteur Institute

Email: ivanova_ia@antiplague.ru

RAS Full Member, DSc (Medicine), Professor,Director

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Потеряев Д.А., Аббасова С.Г., Игнатьева П.Е., Стрижакова О.М., Колесник С.В., Хамитов Р.А. Оценка Т-клеточного иммунитета к SARS-CoV-2 у переболевших и вакцинированных против COVID-19 лиц с помощью ELISPOT набора ТиграТест® SARS-CoV-2 // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2021. Т. 21, № 3. С. 178–192. [Poteryaev D.A., Abbasova S.G., Ignatieva P.E., Strizhakova O.M., Kolesnik S.V., Khamitov R.A. Assessment of T-cell immunity to SARS-CoV-2 in persons who have been ill and vaccinated against COVID-19 using ELISPOT kit TigraTest® SARS-CoV-2. BIOpreparaty. Profilaktika, diagnostika, lechenie = Biopreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment, 2021, vol. 21, no. 3, pp. 178–192. (In Russ.)] doi: 10.30895/2221-996X-2021-21-3-178-192
  2. Achiron A., Gurevich M., Falb R., Dreyer-Alster S., Sonis P., Mandel M. SARS-CoV-2 antibody dynamics and B-cell memory response over time in COVID-19 convalescent subjects. Clin. Microbiol. Infect., 2021, vol. 27, no. 9, pp. 1349.e1–1349.e6. doi: 10.1016/j.cmi.2021.05.008
  3. Ahluwalia P., Vaibhav K., Ahluwalia M., Mondal A.K., Sahajpal N., Rojiani A.M., Kolhe R. Infection and immune memory: variables in robust protection by vaccines against SARS-CoV-2. Front. Immunol., 2021, no. 12: 660019. doi: 10.3389/fimmu.2021.660019
  4. Breton G., Mendoza P., Hagglof T., Oliveira T.Y., Schaefer-Babajew D., Gaebler C., Turroja M., Hurley A., Caskey M., Nussenzweig M.C. Persistent cellular immunity to SARS-CoV-2 infection. J. Exp. Med., 2021, vol. 218, no. 4: e20202515. doi: 10.1084/jem.20202515
  5. Cassaniti I., Percivalle E., Bergami F., Piralla A., Comolli G., Bruno R., Vecchia M., Sambo M., Colaneri M., Zuccaro V., Benazzo M., Robotti C., Calastri A., Maiorano E., Ferrari A., Cambiè G., Baldanti F. SARS-CoV-2 specific T-cell immunity in COVID-19 convalescent patients and unexposed controls measured by ex vivo ELISpot assay. Clin. Microbiol. Infect., 2021, vol. 27, no. 7, pp. 1029–1034. doi: 10.1016/j.cmi.2021.03.010
  6. Chan Y.-H., Fong S.-W., Poh C.-M., Carissimo G., Yeo N.K.-W., Amrun S.N., Goh Y.S., Lim J., Xu W., Chee R.S.-L., Torres-Ruesta A., Lee C.Y-P., Tay M.Z., Chang Z.W., Lee W.-H., Wang B., Tan S.-Y., Kalimuddin S., Young B.E., Leo Y.-S., Wang C.-I., Lee B., Rötzschke O., Lye D.C., Renia L., Ng L.F. A symptomatic COVID-19: disease tolerance with efficient anti-viral immunity against SARS-CoV-2. EMBO Mol. Med., 2021, no. 13: e14045. doi: 10.15252/emmm.202114045
  7. Chen Z., Wherry E.J. T cell responses in patients with COVID-19. Nat. Rev. Immunol., 2020, no. 206, pp. 529–536. doi: 10.1038/s41577-020-0402-6
  8. De Angelis M.L., Francescangeli F., Rossi R., Giuliani A., De Maria R., Zeuner A. Repeated exposure to subinfectious doses of SARS-CoV-2 may promote t cell immunity and protection against severe COVID-19. Viruses, 2021, no. 13: 961. doi: 10.3390/v13060961
  9. Dwyer C.J., Cloud C.A., Wang C., Heidt P., Chakraborty P., Duke T.F., McGue S., Jeffcoat B., Dunne J., Johnson L., Choi S., Nahhas G.J., Gandy A.S., Babic N., Nolte F.S., Howe P., Ogretmen B., Gangaraju V.K., Tomlinson S., Madden B., Bridges T., Flume P.A., Wrangle J., Rubinstein M.P., Baliga P.K., Nadig S.N., Mehrotra S. Comparative analysis of antibodies to SARS-CoV-2 between asymptomatic and convalescent patients. iScience, 2021, vol. 24, no. 6: 102489. doi: 10.1016/j.isci.2021.102489
  10. Gallais F., Velay A., Nazon C., Wendling M-J, Partisani M., Sibilia J., Intrafamilial exposure to SARS-CoV-2 associated with cellular immune response without seroconversion, France. Emerg. Infect. Diseases, 2021, vol. 27, no. 1, pp. 113–121. doi: 10.3201/eid2701.203611
  11. Gallais F., Velay A., Wendling M.-J., Nazon C., Partisani M., Sibilia J., Candon S., Fafi-Kremer S. Intrafamilial exposure to SARS-CoV-2 induces cellular immune response without seroconversion. medRxiv, 2020.06.21.2013244, Preprint, 2020.doi: 10.1101/2020.06.21.20132449
  12. Gerhards C., Thiaucourt M., Kittel M., Becker C., Ast V., Hetjens M., Neumaier M., Haselmann V. Longitudinal assessment of anti-SARS-CoV-2 antibody dynamics and clinical features following convalescence from a COVID-19 infectionnt. J. Infect. Dis., 2021, no. 107, pp. 221–227. doi: 10.1016/j.ijid.2021.04.080
  13. Israelow B., Mao T., Klein J., Song E., Menasche B., Omer S.B., Iwasaki A. Adaptive immune determinants of viral clearance and protection in mouse models of SARS-CoV-2. Sci. Immunol., 2021, vol. 6, no. 64: eabl4509. doi: 10.1126/sciimmunol.abl4509
  14. Jagannathan P., Wang T.T. Immunity after SARS-CoV-2 infections. Nat. Immunol., 2021, vol. 22, no. 5, pp. 539–540. doi: 10.1038/s41590-021-00923-3
  15. Kedl R.M.J. Down but far from out: the durability of SARS-CoV-2 immunity after asymptomatic infection. Exp. Med., 2021, vol. 218, no. 5: e20210359. doi: 10.1084/jem.20210359
  16. Korobova Z.R., Zueva E.V., Arsentieva N.A., Batsunov O.K., Liubimova N.E., Khamitova I.V., Kuznetsova R.N., Rubinstein A.A., Savin T.V., Stanevich O.V., Kulikov A.N., Pevtsov D.E., Totolian A.A. Changes in anti-SARS-CoV-2 IgG subclasses over time and in association with disease severity. Viruses, 2022, no. 14: 941. doi: 10.3390/v14050941
  17. Kudryavtsev I.V., Arsentieva N.A., Batsunov O.K., Korobova Z.R., Khamitova I.V., Isakov D.V., Kuznetsova R.N., Rubinstein A.A., Stanevich O.V., Lebedeva A.A., Vorobyov E.A., Vorobyova S.V., Kulikov A.N., Sharapova M.A., Pevtcov D.E., Totolian A.A. Alterations in B cell and follicular T-helper cell subsets in patients with acute COVID-19 and COVID-19 convalescents. Curr. Iss. Mol. Biol., 2022, no. 44, pp. 194–205. doi: 10.3390/cimb4401001
  18. Le Bert N., Clapham H.E., Tan A.T., Chia W.N., Tham C.Y.L., Lim J.M., Kunasegaran K., Tan L.W.L., Dutertre C.-A., Shankar N., Lim J.M.E., Sun L.J., Zahari M., Tun Z.M., Kumar V., Lim B.L., Lim S.H., Chia A., Tan Y.-J., Tambyah P.A., KalimuddinS., Lye D., Low J.G.H., Wang L.-F., Wan W.Y., Hsu L.Y., Bertoletti A., Tam C.C. Highly functional virus-specific cellular immune response in asymptomatic SARS-CoV-2 infection. J. Exp. Med., 2021, vol. 218, no. 5: e20202617. doi: 10.1084/jem.20202617
  19. Lin L., Lu L., Cao W., Li T. Hypothesis for potential pathogenesis of SARS-CoV-2 infection-a review of immune changes in patients with viral pneumonia. Emerg. Microbes Infect., 2020, vol. 9, no. 1, pp. 727–732. doi: 10.1080/22221751.2020.1746199
  20. Lippi G., Henry B.M. How will emerging SARS-CoV-2 variants impact herd immunity? Ann. Transl. Med., 2021, vol. 9, no. 7: 585. doi: 10.21037/atm-21-893
  21. Liu J., Li S., Liu J., Liang B., Wang X., Wang H., Li W., Tong Q., Yi J., Zhao L., Xiong L., Guo C., Tian J., Luo J., Yao J., Pang R., Shen H., Peng C., Liu T., Zhang Q., Wu J., Xu L., Lu S., Wang B., Weng Z., Han C., Zhu H., Zhou R., Zhou H., Chen X., Ye P., Zhu B., Wang L., Zhou W., He S., He Y., Jie S., Wei P., Zhang J., Lu Y., Wang W., Zhang L., Li L., Zhou F., Wang J., Dittmer U., Lu M., Hu Y., Yang D., Zheng X. Longitudinal characteristics of lymphocyte responses and cytokine profiles in the peripheral blood of SARS-CoV-2 infected patients. EBioMedicine, 2020, no. 55: 102763. doi: 10.1016/j.ebiom.2020.102763
  22. Mazzoni A., Maggi L., Capone M., Vanni A., Spinicci M., Salvati L., Kiros S.T., Semeraro R., Pengue L., Colao M.G., Magi A., Rossolini G.M., Liotta F., Cosmi L., Bartoloni A., Annunziato F. Heterogeneous magnitude of immunological memory to SARS-CoV-2 in recovered individuals. Clin. Transl. Immunol., 2021, vol. 10, no. 5: e1281. doi: 10.1002/cti2.1281
  23. Ni L., Ye F., Cheng M.-L., Feng Y., Deng Y.-Q., Zhao H., Wei P., Ge J., Gou M., Li X., Sun L., Cao T., Wang P., Zhou C., Zhang R., Liang P., Guo H., Wang X., Qin C.-F., Chen F., Dong C. Detection of SARS-CoV-2-specific humoral and cellular immunity in COVID-19 convalescent. Individuals Immunity, 2020, vol. 52, no. 6, pp. 971–977. doi: 10.1016/J.IMMUNI.2020.04.023
  24. Oja A.E., Saris A., Ghandour C.A., Kragten N.A.M., Hogema B.M., Nossent L.M., Heunks A., Cuvalay S., Slot E., Swaneveld F.H., Vrielink H., Rispens T., van der Schoot E.J.E., van Lier R.A.W., Ten Brinke A., Hombrink P. Divergent SARS-CoV-2-specific T and B cell responses in severe but not mild COVID-19. bioRxiv, 2020.06.18.159202, Preprint, 2020. doi: 10.1101/2020.06.18.159202
  25. Qin C., Zhou L., Hu Z., Zhang S., Yang S., Tao Y. Xie C., Ma K., Shang K., Wang W., Tian D.S. Dysregulation of immune response in patients with COVID-19 in Wuhan, China. Clin. Infect. Dis., 2020, no. 71, pp. 762–768. doi: 10.1093/cid/ciaa248
  26. Rockstroh А., Wolf J., Fertey J., Kalbitz S., Schroth S., Lübbert C., Ulbert S., Borte S. Correlation of humoral immune responses to different SARS-CoV-2 antigens with virus neutralizing antibodies and symptomatic severity in a German COVID-19 cohort. Emerg. Microbes Infect., 2021, vol. 10, no. 1, pp. 774–781. doi: 10.1080/22221751.2021.1913973
  27. Sekine T., Perez-Potti A., Rivera-Ballesteros O., Strålin K., Gorin J.B., Olsson A., Llewellyn-Lacey S., Kamal H., Bogdanovic G., Muschiol S., Wullimann D.J., Kammann T., Emgård J., Parrot T., Folkesson E.; Karolinska COVID-19 Study Group; Rooyackers O., Eriksson L.I., Henter J.I., Sönnerborg A., Allander T., Albert J., Nielsen M., Klingström J., Gredmark-Russ S., Björkström N.K., Sandberg J.K., Price D.A., Ljunggren H.G., Aleman S., Buggert M. Robust T cell immunity in convalescent individuals with asymptomatic or mild COVID-19. Cell, 2020, vol. 183, no. 1, pp. 158–168.e14. doi: 10.1016/j.cell.2020.08.017
  28. Shah V.K., Firmal P., Alam A., Ganguly D., Chattopadhyay S. Overview of immune response during SARS-CoV-2 infection: lessons from the past. Front. Immunol., 2020, no. 11: 1949. doi: 10.3389/FIMMU.2020.01949
  29. Siggins M.K., Thwaites R.S., Openshaw P.J.M. Durability of immunity to SARS-CoV-2 and other respiratory viruses trends. Microbiol., 2021, vol. 29, no. 7, pp. 648–662. doi: 10.1016/j.tim.2021.03.016
  30. Tan A.T., Linster M., Tan C.W., Bert N.L., Chia W.N., Kunasegaran K., Zhuang Y., Tham C.Y.L., Chia A., Smith G.J.D., Young B., Kalimuddin S., Low J.G.H., Lye D., Wang L.-F., Bertoletti A. Early induction of functional SARS-CoV-2-specific T cells associates with rapid viral clearance and mild disease in COVID-19 patients. Cell Rep., 2021, vol. 34, no. 6: 108728 doi: 10.1016/j.celrep.2021.108728
  31. Tavukcuoglu E., Horzum U., Cagkan Inkaya A., Unal S., Esendagli G., Functional responsiveness of memory T cells from COVID-19 patients. Cell Immunol., 2021, no. 365: 104363. doi: 10.1016/j.cellimm.2021.104363
  32. Thieme C.J., Anft M., Paniskaki K., Blazquez-Navarro A., Doevelaar A., Seibert F., Hoelzer B., Konik M.J., Brenner T., Tempfer C., Watzl C., Dolff S., Dittmer U., Westhoff T.H., Witzke O., Stervbo U., Roch T., Babel N. The SARS-CoV-2 T-cell immunity is directed against the spike, membrane, and nucleocapsid protein and associated with COVID-19 severity. medRxiv, 2020.05.13.20100636, Preprint, 2020. doi: 10.1101/2020.05.13.20100636
  33. Turner J.S., Kim W., Kalaidina E., Goss C.W., Rauseo A.M., Schmitz A.J., Hansen L., Haile A., Klebert M.K., Pusic I., O’Halloran J.A., Presti R.M., Ellebedy A.H. SARS-CoV-2 infection induces long-lived bone marrow plasma cells in humans. Nature, 2021, no. 595, pp. 421–425. doi: 10.1038/s41586-021-03647-4
  34. Vanshylla K., Di Cristanziano V., Kleipass F., Dewald F., Schommers P., Gieselmann L., Gruell H., Schlotz M., Ercanoglu M.S., Stumpf R., Mayer P., Zehner M., Heger E., Johannis W., Horn C., Suárez I., Jung N., Salomon S., Eberhardt K.A., Gathof B., Fätkenheuer G., Pfeifer N., Eggeling R., Augustin M., Lehmann C., Klein F. Kinetics and correlates of the neutralizing antibody response to SARS-CoV-2 infection in humans. Cell Host Microbe, 2021, vol. 29, no. 6, pp. 917–929.e4. doi: 10.1016/j.chom.2021.04.015
  35. White H.N. B-cell memory responses to variant viral antigens. Viruses, 2021, vol. 13, no. 4: 565. doi: 10.3390/v13040565
  36. Zhang F., Gan R., Zhen Z., Hu X., Li X., Zhou F., Liu Y., Chen C., Xie S., Zhang B., Wu X., Huang Z. Adaptive immune responses to SARS-CoV-2 infection in severe versus mild individuals. Signal Transduct. Target Ther., 2020, vol. 5, no. 1: 156. doi: 10.1038/s41392-020-00263-y

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Ivanova I.A., Filippenko A.V., Trufanova A.A., Omelchenko N.D., Chemisova O.S., Vodopyanov A.S., Bereznyak E.A., Sokolova E.P., Noskov A.K., Totolyan A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».