Anhaltende Reaktion natürlicher Killerzellen nach drei Dosen des inaktivierten SARS-CoV-2-Impfstoffs bei HIV-infizierten Personen

Einleitung

Ende 2019 führte das Auftreten des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) zu einer globalen Pandemie mit erheblicher Morbidität und Mortalität. Bis April 2023 hatten sich weltweit etwa 760 Millionen Menschen infiziert, und 7 Millionen Todesfälle waren auf SARS-CoV-2 zurückzuführen. Das Virus verursacht die Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19), die zu schweren respiratorischen und vaskulären Komplikationen wie akutem Lungenversagen, Multiorganversagen und Tod führen kann. Während einer SARS-CoV-2-Infektion weisen natürliche Killerzellen (NK-Zellen), die eine zentrale Rolle in der angeborenen Immunantwort spielen, funktionelle Defekte und eine reduzierte Anzahl auf, was eng mit dem Schweregrad der Erkrankung und der Prognose verbunden ist.

NK-Zellen werden traditionell dem angeborenen Immunsystem zugerechnet. Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass einige NK-Zellen Eigenschaften adaptiver Immunzellen aufweisen, darunter gedächtnisähnliche Funktionen. Impfungen oder Infektionen können die Expansion, Differenzierung und Persistenz dieser Gedächtnis- oder adaptiven NK-Zellen induzieren, was deren Zytotoxizität und Interferon (IFN)-γ-Produktion bei nachfolgenden Stimuli erhöht. Diese adaptive Antwort ist entscheidend für die Prävention und Kontrolle viraler Erkrankungen.

Menschen mit einer HIV-Infektion (PLWH) haben aufgrund ihrer Immundysfunktion ein erhöhtes Risiko für schwere COVID-19-Verläufe. Die zellulären und humoralen Immunantworten von PLWH auf Impfstoffe, einschließlich SARS-CoV-2-Impfstoffen, sind oft vermindert. Unklar bleibt jedoch, ob die SARS-CoV-2-Impfung bei PLWH eine NK-Zellaktivierung, -proliferation und verstärkte Degranulation sowie IFN-γ-Produktion induzieren kann. Diese Studie zielte darauf ab, die dynamischen Veränderungen der NK-Zellfrequenz, des Phänotyps und der Funktion bei PLWH und gesunden Kontrollen (HCs) nach drei Dosen des inaktivierten SARS-CoV-2-Impfstoffs sowie deren Reaktivität auf eine Stimulation mit dem SARS-CoV-2-Omicron-Spike-(SARS-2-OS)-Protein zu evaluieren.

Methoden

Studienpopulation und Proben

In die Studie wurden 47 HIV-infizierte Personen im Alter von 18–59 Jahren und 30 alters- und geschlechtsangepasste gesunde Kontrollen aus dem Peking Youan Hospital zwischen April 2021 und Juni 2022 aufgenommen. Alle Teilnehmer erhielten drei Dosen des inaktivierten SARS-CoV-2-Impfstoffs (CoronaVac, Sinovac Life Sciences, Peking, China). Blutproben von PLWH wurden vor der ersten Impfung (Prävakzination) sowie 0, 2, 4 und 12 Wochen nach der dritten Dosis entnommen. Bei HCs erfolgte die Probenentnahme nur 0, 2, 4 und 12 Wochen nach der dritten Dosis, da diese bereits bei Einschluss die erste Dosis erhalten hatten. Periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs) wurden mittels Ficoll-Hypaque-Dichtegradientenzentrifugation isoliert und für weitere Analysen kryokonserviert.

Durchflusszytometrie

Die Phänotypisierung und Funktionsanalyse der NK-Zellen erfolgte mittels Durchflusszytometrie. PBMCs wurden mit fluorochrommarkierten Antikörpern gefärbt, um die Expression von Oberflächenmarkern (CD3, CD16, CD25, CD56, CD57, CD69, NKG2A, NKG2C) und intrazellulären Markern (Ki67, IFN-γ, CD107a) zu bewerten. Die Gating-Strategie umfasste die Identifizierung von CD3–CD56+-NK-Zellen und deren Unterteilung in Subgruppen basierend auf der CD57-Expression: CD56bright, CD56dimCD57– und CD56dimCD57+.

In-vitro-Stimulation mit SARS-2-OS-Protein

PBMCs wurden für 18 Stunden mit 1 µg/mL rekombinantem SARS-CoV-2-Omicron-Spike-Protein (SARS-2-OS) stimuliert. Die Expression von Aktivierungs-, Proliferations- und Degranulationsmarkern der NK-Zellen wurde vor und nach der Stimulation ausgewertet.

Statistische Analyse

Die statistische Analyse erfolgte mit GraphPad Prism Version 6.0. Funktionsantworten wurden mittels gepaartem t-Test oder Mann-Whitney-U-Test analysiert (abhängig von der Datenverteilung). Gruppenvergleiche erfolgten mittels Kruskal-Wallis-Test mit Dunn-Korrektur. Korrelationen wurden mittels Spearman-Rangkorrelation berechnet. Ein p-Wert <0,05 galt als statistisch signifikant.

Ergebnisse

NK-Zellantworten auf die SARS-CoV-2-Impfung bei PLWH

Die Frequenz der CD3–CD56+-NK-Zellen bei PLWH war 0 Wochen postvakzinal leicht reduziert im Vergleich zur Prävakzination, stieg jedoch bis Woche 12 an. Die Anteile der CD56bright- und CD56dim-Subsets blieben stabil, wobei CD56dimCD57+-Subsets am häufigsten waren. Die Frequenz CD16+-NK-Zellen nahm postvakzinal ab (Minimum nach 2 Wochen), erholte sich jedoch bis Woche 12. Die Expression des Aktivierungsmarkers CD25 erreichte nach 2 Wochen ihren Höhepunkt. Ebenso zeigten IFN-γ+- und CD107a+-NK-Zellen nach 2 Wochen eine maximale Frequenz, was auf eine verstärkte Aktivierung und Degranulation hindeutet.

NK-Zellantworten bei HCs

Bei HCs stieg die NK-Zellfrequenz (CD3–CD56+) postvakzinal leicht, aber nicht signifikant an. Die Frequenz CD69+-NK-Zellen war nach 12 Wochen im CD56dim-Subset signifikant höher als nach 2 Wochen. CD107a+-NK-Zellen erreichten ihren Peak nach 2 Wochen. Eine positive Korrelation zwischen CD25+- und Ki67+-NK-Zellen deutete auf einen Zusammenhang zwischen Aktivierung und Proliferation hin.

In-vitro-SARS-2-OS-Stimulation

Bei PLWH reduzierte die SARS-2-OS-Stimulation die CD16+-NK-Zellfrequenz nach 12 Wochen signifikant. Ki67+-NK-Zellen waren nach 4 Wochen vermehrt, jedoch zeigten CD25, CD69, CD107a und IFN-γ keine signifikanten Änderungen. Bei HCs induzierte die Stimulation eine signifikante Zunahme von CD25+- und Ki67+-NK-Zellen nach 4 Wochen sowie von CD107a+-Zellen nach 2 und 4 Wochen.

Vergleich der NK-Zellphänotypen und -funktion zwischen PLWH und HCs

PLWH wiesen eine leicht erhöhte CD3–CD56+-NK-Zellfrequenz auf (nicht signifikant). Der Anteil von CD56dimCD57–-Subsets war bei PLWH reduziert, während CD56dimCD57+-Subsets vermehrt waren (signifikant nach 12 Wochen). Die Frequenz von NKG2C+-NK-Zellen war bei PLWH signifikant höher. CD16+-NK-Zellen waren bei PLWH nach 2, 4 und 12 Wochen häufiger, während CD25+- und CD69+-Zellen seltener waren. Keine signifikanten Unterschiede bestanden bei Ki67, IFN-γ oder CD107a.

Diskussion

Diese Studie zeigt, dass drei Dosen des inaktivierten SARS-CoV-2-Impfstoffs bei PLWH und HCs anhaltende NK-Zellantworten induzieren. PLWH wiesen jedoch phänotypische Veränderungen (erhöhte CD56dimCD57+- und NKG2C+-Subsets) sowie eine reduzierte Reaktivität auf SARS-2-OS-Stimulation auf. Die reduzierte CD25- und CD69-Expression bei PLWH deutet auf eine eingeschränkte NK-Zellaktivierung hin, möglicherweise bedingt durch HIV-assoziierte Immundefekte oder Zytomegalievirus (CMV)-Koinfektionen. Die höhere NKG2C-Expression könnte auf CMV-getriebene NK-Zellreifung zurückzuführen sein.

Trotz verbesserter Degranulation und IFN-γ-Produktion postvakzinal war die Fähigkeit der NK-Zellen von PLWH, auf SARS-2-OS zu reagieren, im Vergleich zu HCs reduziert. Dies unterstreicht die Notwendigkeit angepasster Impfstrategien für immunsupprimierte Populationen.

Schlussfolgerung

Drei Dosen des inaktivierten SARS-CoV-2-Impfstoffs induzieren bei PLWH und HCs anhaltende NK-Zellantworten. PLWH zeigen jedoch phänotypische Alterationen und eine reduzierte Reaktivität auf virale Stimuli. Diese Erkenntnisse sind relevant für die Optimierung von Immuntherapien bei COVID-19 und die Entwicklung risikoadaptierter Impfstrategien.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000002947