Sex differences in SARS-CoV-2 infection

Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2022Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) is an infectious disease caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Females generally mount a more robust immune response to infections and vaccination. The COVID-19 pandemic highlighted this sexual bias, with men being at higher risk of death and severe manifestations of disease. However, the underlying mechanisms remain understudied. We evaluated how B an T cells respond to SARS-CoV-2 infection and to COVID-19 vaccination. Here we show that upon SARS-CoV-2 infection, there is a spike-specific B and T cell response against the virus. Our data demonstrate that spike-specific T cells have a Tfh-like phenotype, characterized by high expression of CXCR5 and ICOS. Our findings indicate that spike-specific T cells produce IL-10 at high concentrations, which is a feature of hyperinflammation during severe SARS CoV-2 infection. Moreover, our data reveal the presence of anti-spike IgG, IgA and IgM antibodies in circulation. IgG levels correlated with the days of symptoms. Further studies are needed to understand better the sex bias and the mechanisms underlying SARS-CoV-2 infection. The type and quantity of sex hormones vary throughout a woman's life, especially during pregnancy and breastfeeding. Initial clinical trials of mRNA COVID-19 vaccines excluded lactating women, causing a scarcity of data to guide decision-making. We evaluated how BNT162b2 and mRNA-1273 vaccines impact the immune response of lactating women and the protective profile of breastmilk. We show that, upon vaccination, immune transfer to breastmilk occurs through a combination of anti-spike secretory IgA (SIgA) antibodies and spike-reactive T cells. Our data suggest that cumulative transfer of IgA might provide the infant with effective neutralization capacity. These findings put forward that breastmilk might convey both immediate, through anti-spike SIgA, as well as long-lived, via spike-reactive T cells, immune protection to the infant. Further studies are needed to determine spike-T cells functional profile.O sistema imunitário é responsável por proteger o nosso organismo contra invasões externas, tais como vírus, bactérias, fungos, parasitas e células cancerígenas. Para proteger o organismo contra estes invasores, o sistema imunitário tem a capacidade de reconhecer o patogénio e ativar mecanismos de defesa com o objetivo de o eliminar. O sistema imunitário é composto por 2 tipos de respostas principais: resposta imunitária inata e resposta imunitária adaptativa. A resposta imunitária inata é a primeira linha de defesa do organismo, atuando nos locais de infeção e inflamação de forma rápida (minutos ou horas) e pouco específica, através da produção de citoquinas e quimiocinas. Este tipo de resposta não possui memória imunitária, ou seja, não tem a capacidade de reconhecer o mesmo patogénio caso o organismo seja exposto a este no futuro. As principais células da resposta imune inata são: os fagócitos (macrófagos e neutrófilos), células dendríticas, mastócitos, basófilos, eosinófilos, células natural killer (NK) e células linfoides inatas. Pelo contrário, a resposta imunitária adaptativa é antigénio-específica e antigénio dependente. Esta especificidade faz com que a resposta seja mais demorada, levando dias ou até semanas a ser atingida. Este tipo de resposta possui memória, o que permite uma resposta mais rápida e robusta, caso o organismo volte a ser exposto ao antigénio. As principais células da resposta imunitária adaptativa são: as células T antigénio-específicas (imunidade celular) e as células B que produzem anticorpos (imunidade humoral). A vacinação é uma forma de desencadear uma resposta imunitária. Através da administração de pequenas doses de um antigénio, a resposta imunitária é induzida, assim como a memória imunitária. A Doença por Coronavírus-19 (COVID-19) é uma doença infeciosa causada pelo Coronavírus da Síndrome Respiratória Aguda Grave-2 (SARS-CoV-2). Desde o aparecimento do primeiro caso em Wuhan, na China, em dezembro de 2019, tem vindo a disseminar-se mundialmente e a afetar um grande número de pessoas. Os coronavírus pertencem a uma vasta família de vírus que podem causar infeção no Homem, mas também noutros mamíferos e aves. Estas infeções afetam o sistema respiratório, nomeadamente o trato superior, podendo ser semelhantes às constipações comuns ou evoluir para uma forma de doença mais grave, como a pneumonia, podendo levar à morte. Os principais sintomas incluem febre, tosse, dor de garganta, desconforto torácico e dores musculares e, em casos graves, dispneia, infiltração pulmonar bilateral e eventual morte. Uma das primeiras constatações estatísticas desta pandemia foi o facto de os homens apresentarem com maior frequência manifestações graves da COVID-19 e, por consequência, um maior risco de morte do que as mulheres. O estudo de outras doenças infeciosas já tinha demonstrado que os homens estão frequentemente associados a respostas imunitárias mais fracas, assim como a uma maior suscetibilidade no que diz respeito a infeções virais. Para além disso, as mulheres geralmente apresentam uma resposta imunitária mais forte e robusta aquando da vacinação, como está demostrado no caso da vacina contra a gripe. Todas estas evidências demonstram o papel preponderante do sexo de um indivíduo na resposta imunitária. No entanto, é importante distinguir os conceitos de “Sexo” e “Género”, pois são muitas vezes confundidos. Enquanto o sexo de um indivíduo é uma variável biológica definida pela diferente organização dos cromossomas, órgãos reprodutivos e hormonas sexuais, o género inclui comportamentos e atividades que são definidos pela sociedade ou cultura, ou seja, são os fatores sociais que determinam o “masculino” e “feminino”. A pandemia da COVID-19 veio evidenciar este viés entre sexos no que toca às defesas contra doenças infeciosas, ou seja, as diferenças na resposta imunitária entre homens e mulheres infetados com SARS CoV-2. No entanto, os mecanismos que estão subjacentes a estas diferenças ainda se encontram pouco estudados. Com este trabalho nós avaliámos a resposta das células B e T à infeção por SARS-CoV-2, bem como da vacinação contra a COVID-19. Após a infeção por SARS-CoV-2, verificámos que existe uma resposta das células B e T específicas para a proteína espícula do vírus. Para além disso, os nossos resultados demonstraram também que as células T específicas para a espícula apresentam um fenótipo semelhante às células T foliculares (Tfh, do inglês T follicular helper), que são caraterizadas pela elevada expressão de CXCR5 e ICOS. Verificámos que o ICOS, de entre as moléculas estudadas, é a única molécula que consegue ser modulada pela progesterona, hormona sexual feminina. Os nossos resultados demonstraram que as células T específicas para a espícula produzem concentrações elevadas de IL-10, o que já se sabe ser uma caraterística particular de hiperinflamação em casos graves de infeção por SARS-CoV-2. Para além disso, os nossos dados revelam a presença de anticorpos IgG, IgAe IgM contra a espícula em circulação. Os níveis de anticorpos IgG estão correlacionados com os dias de sintomas da doença. No entanto, continuam a ser necessários mais estudos para melhor compreender este viés sexual e os mecanismos subjacentes a este após infeção por SARS-CoV-2. É sabido que o tipo e a quantidade de hormonas sexuais variam ao longo da vida da mulher, nomeadamente em períodos como a gravidez e a amamentação. Na verdade, a tolerância imunitária é obrigatória entre a mãe e o feto para que ocorra uma gravidez completa. Uma vez que o feto possui genes de origem paterna, isto poderia provocar uma resposta de rejeição por parte da mãe. A tolerância imunitária é o que permite ao feto sobreviver durante os noves meses de gestação. Os bebés têm um sistema imunitário imaturo, dependendo da transferência de células imunes maternas e anticorpos através da amamentação para adquirirem imunidade. O leite materno contém células B e T, mas também uma grande variedade de imunoglobulinas (Ig, do inglês Immunoglobulins), incluindo IgG, IgA e IgM. Enquanto a IgG do leite materno é principalmente proveniente do sangue, a IgA e IgM do leite são provenientes do tecido linfoide associado às mucosas (MALT, do inglês mucosa-associated lymphatic tissue). Nas mucosas, tanto a IgA como a IgM são produzidas localmente sobre a forma de anticorpos poliméricos, ligadas a proteínas da cadeia j e componentes secretores. Inicialmente, os ensaios clínicos de vacinas de mRNA contra a COVID-19 excluíram mulheres lactantes, o que causou uma grande escassez de informação para orientar as tomadas de decisão por parte das autoridades de saúde. Isto é preocupante, uma vez que, dentro da população pediátrica, os bebés são o grupo mais afetado pela COVID-19. Este trabalho permitiu-nos avaliar o impacto das vacinas BNT162b2 e mRNA-1273 na resposta imune de mulheres lactantes e o perfil protetor do leite materno. Conseguimos mostrar que após a vacinação, a transferência imunológica para o leite materno ocorre através de uma combinação de anticorpos IgA secretores contra a espícula (SIgA, do inglês secretory IgA) e células T específicas contra a espícula. Embora tenhamos descoberto que a concentração de IgA contra a espícula no leite materno possa não ser suficiente para neutralizar diretamente o vírus SARS-CoV-2, os nossos dados sugerem que a transferência cumulativa de IgA pode fornecer ao bebé uma capacidade efetiva de neutralização. Os nossos dados sugerem ainda que o leite materno pode transmitir proteção imunitária imediata, através de anticorpos IgA secretores contra a espícula, e também de longa duração, através de células T contra a espícula, para o bebé. O facto de mostrarmos que o IgA é produzido na glândula mamária na forma secretora é de extrema importância, uma vez que esta forma consegue resistir ao conteúdo ácido do estômago do bebé e ser assim distribuído pelo organismo. No entanto, mais estudos são necessários para avaliar esta possibilidade e determinar o perfil funcional das células T específicas contra a espícula