Balance between maternal antiviral response and placental transfer of protection in gestational SARS-CoV-2 infection

The intricate interplay between maternal immune response to SARS-CoV-2 and the transfer of protective factors to the fetus remains unclear. By analyzing mother-neonate dyads from second and third trimester SARS-CoV-2 infections, our study shows that neutralizing antibodies (NAbs) are infrequently detected in cord blood. We uncovered that this is due to impaired IgG-NAb placental transfer in symptomatic infection and to the predominance of maternal SARS-CoV-2 NAbs of the IgA and IgM isotypes, which are prevented from crossing the placenta. Crucially, the balance between maternal antiviral response and transplacental transfer of IgG-NAbs appears to hinge on IL-6 and IL-10 produced in response to SARS-CoV-2 infection. In addition, asymptomatic maternal infection was associated with expansion of anti-SARS-CoV-2 IgM and NK cell frequency. Our findings identify a protective role for IgA/IgM-NAbs in gestational SARS-CoV-2 infection and open the possibility that the maternal immune response to SARS-CoV-2 infection might benefit the neonate in 2 ways, first by skewing maternal immune response toward immediate viral clearance, and second by endowing the neonate with protective mechanisms to curtail horizontal viral transmission in the critical postnatal period, via the priming of IgA/IgM-NAbs to be transferred by the breast milk and via NK cell expansion in the neonate.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Impact of SARS-CoV-2 infection on human pregnancy

Tese de Mestrado, Biologia Molecular e Genética, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasO sistema imune desempenha um papel extremamente importante na defesa do nosso organismo contra diferentes ameaças. Estes pode ser dividido em dois subsistemas que estão interligados e têm como objetivo a produção de uma resposta imune eficiente que culmina na eliminação da ameaça. Os referidos subsistemas, o sistema imune inato e o sistema imune adaptativo, apresentam diferenças em termos de rapidez, especificidade e capacidade de produção de memória. O sistema imune inato consiste numa primeira resposta, não específica, que é composta por, entre outros, barreiras fisiológicas e células imunes inatas como as células natural killer (NK). O sistema imune adaptativo, por sua vez, é uma segunda linha de resposta, específica e composta essencialmente por células T, células B e anticorpos. Este entra em ação após a sua ativação pelo sistema imune inato através da apresentação de antigénio pelas células apresentadoras de antigénio (APCs) às células T e B. Contrariamente ao sistema imune inato, o sistema imune adaptativo tem a capacidade de gerar células de memória que irão atuar rapidamente e de forma mais eficaz caso a ameaça surja novamente. Durante uma gravidez normal e saudável, o corpo da mulher necessita de passar por várias mudanças fisiológicas e imunológicas para que o feto se possa implementar, desenvolver e, finalmente, nascer. As mudanças fisiológicas associadas à gravidez incluem alterações pulmonares como diminuição da resistência respiratória, diminuição da capacidade pulmonar total e menor resistência à hipoxia, e alterações cardiovasculares como o aumento da frequência cardíaca. Relativamente às alterações imunológicas, estas ocorrem no sentido de permitir o desenvolvimento do feto e ao mesmo tempo proteger a mãe e o feto de possíveis infeções e da resposta imune materna. Para que isto aconteça, é necessário que os sistemas imunes inato e adaptativo sofram alterações como, por exemplo, o aumento das células NK uterinas e T regulatórias (Treg) em prol da implementação correta do embrião e manutenção da tolerância imunológica, respetivamente. Apesar do sistema imune materno e a placenta possuírem mecanismos de defesa contra as infeções, estas podem ocorrer e levar a graves repercussões na gravidez como aborto e nascimento prematuro. A atual pandemia causada pelo novo coronavírus Síndrome Respiratório Agudo Grave Coronavírus 2 (SARS-CoV-2), um vírus altamente transmissível, já infetou mais de 200 milhões de pessoas e causou a morte a mais de 5 milhões. A doença associada à infeção, designada por coronavírus 2019 (COVID-19), pode manifestar-se sem quaisquer sintomas ou, por outro lado, causar insuficiência respiratória grave podendo, nos casos mais graves, levar à morte. Os sintomas mais comuns associados à COVID-19 são a febre, o cansaço e a tosse seca e o seu principal meio de transmissão é por gotículas respiratórias. Relativamente à sua estrutura, o SARS-CoV-2 é um betacoronavírus cujo envelope viral se encontra revestido pela glicoproteína Spike. Esta proteína tem como recetor alvo a enzima conversora da angiotensina 2 (ACE2) e é composta por duas subunidades, S1 e S2, sendo que é na subunidade S1 que se encontra o domínio de ligação ao recetor (RBD). Desde o início da pandemia, o principal método de deteção da infeção por SARS-CoV-2 têm sido os testes RT-PCR uma vez que estes detetam diretamente o RNA viral. No entanto, os testes serológicos, utilizados para detetar anticorpos específicos contra o vírus, permitem-nos ter uma estimativa mais precisa da prevalência cumulativa da infeção por SARS-CoV-2 uma vez que estes são capazes de detetar indivíduos assintomáticos. A infeção por SARS CoV-2, caracteriza-se pela produção inicial de anticorpos IgA e IgM poucos dias após infeção e pela produção de anticorpos IgG cerca de duas semanas após infeção, podendo estes últimos durar até 8 meses. Sendo a COVID-19 uma doença respiratória infeciosa que se manifesta de forma mais severa em idosos e/ou em indivíduos com comorbilidades pré-existentes, as alterações sofridas durante a gravidez referidas anteriormente fazem com que as grávidas apresentem, também, um risco mais elevado de desenvolver formas severas da doença. Para além das mudanças fisiológicas e imunológicas, existem outros fatores que fazem das mulheres grávidas um grupo de risco. Estes incluem o aumento da expressão do ACE2 durante o período inicial da gravidez bem como a presença do mesmo nos tecidos da placenta. Até à data, já foram reportados casos de transmissão vertical do vírus, mas, no geral, estes podem ser considerados um acontecimento raro. Para além disto, estudos recentes mostraram que algumas complicações durante a gravidez, como o nascimento prematuro e o aborto espontâneo, podem estar relacionadas com a infeção por SARS-CoV-2. Tendo em conta o recente aparecimento da COVID 19 na população humana, a informação disponível é escassa em comparação com outras doenças infecciosas, nomeadamente no que toca ao impacto da mesma durante e após a gravidez. Assim sendo, é de extrema importância perceber qual o impacto do duplo desafio gravidez e infeção na mãe e, consequentemente, no recém-nascido para que se possa definir e proporcionar um acompanhamento obstétrico e pediátrico adequado e obter mais informação acerca deste novo vírus. Utilizando amostras de sangue de grávidas que testaram positivo para infeção por SARS-CoV 2 durante o seu período gestacional e cujo parto se realizou na Maternidade Dr. Alfredo da Costa (MAC), bem como amostras de sangue dos respetivos cordões umbilicais, avaliámos tanto a resposta humoral como a resposta celular da mãe e do recém-nascido. Esta análise teve como objetivos: determinar a frequência com que a transmissão vertical ocorre através da deteção de anticorpos IgA e IgM específicos contra Spike no sangue do cordão umbilical; determinar o rácio de transferência de anticorpos IgG específicos contra Spike; e verificar se é conferida proteção ao recém-nascido no útero. Através de testes serológicos foi possível detetar a presença de anticorpos IgG específicos contra o SARS-CoV-2 em 34 das 52 amostras de sangue de cordão umbilical (≈ 65%) enquanto que a presença de anticorpos IgA e IgM específicos contra o SARS-CoV-2 apenas foi detetada em 2 das 52 amostras (≈ 4%). Tendo conhecimento de que tanto os anticorpos IgA como IgM não têm a capacidade de atravessar a barreira placentária, a deteção dos mesmos no sangue do cordão umbilical sugere que estes anticorpos provavelmente terão sido produzidos pelo feto e, como tal, indicam possíveis casos de transmissão vertical do vírus. Para os anticorpos IgG específicos contra o SARS-CoV-2 determinámos que o rácio de transferência da mãe para o feto era ineficiente e que apenas 9 das 52 amostras de sangue de cordão umbilical (≈ 17%) apresentavam anticorpos com propriedades neutralizantes fracas. A análise de citometria de fluxo mostrou existir uma menor quantidade de células T CD4+ específicas para Spike nas amostras de cordão umbilical em comparação com as amostras maternas, no entanto, estas encontravam-se mais ativadas, indicando que as células T são transferidas maioritariamente na forma ativada. Curiosamente, ainda que imatura, também foi possível verificar a existência de uma população de células B no sangue do cordão com capacidade de ligação ao RBD. Tendo em conta que a maior parte das amostras de sangue de cordão umbilical não apresentou sinais de infeção por SARS-CoV-2, podemos colocar a hipótese de que a presença de células T e B específicas para SARS-CoV-2 será devida à transferência materna. De um modo geral, os resultados obtidos permitiram confirmar que, apesar de não ser frequente, a transmissão vertical do vírus pode ocorrer. Para além disto, sugerem que a infeção por SARS-CoV-2 durante a gravidez leva a uma transferência ineficiente de anticorpos IgG específicos contra Spike da mãe para o recém-nascido. Apesar de ineficiente, podemos considerar que a transferência simultânea, via placenta, de anticorpos e células imunes específicas para o SARS-CoV-2 pode conferir proteção ao recém-nascido, permitindo-lhe reagir de forma mais rápida e eficaz em caso de uma futura infeção. No seguimento deste projeto, o próximo passo será avaliar a produção de citocinas na mãe e no recém nascido bem como o impacto da infeção uterina no desenvolvimento dos recém-nascidos. Para além de ter permitido tirar conclusões importantes acerca das consequências da infeção por SARS-CoV-2 na gravidez, este projeto também permitiu recolher uma grande quantidade de dados que irão ser essenciais para prosseguir com novos projetos dentro desta área de estudo.As pregnancy involves immunological and physiological changes, including pulmonary and cardiovascular changes and immune suppression, pregnant women are at increased risk for severe outcomes from Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection. Expression of SARS-CoV-2 receptor, the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), increases during pregnancy and is found in the placenta, highlighting the importance of understanding the impact of the dual challenge pregnancy and infection on the mother and the newborn. Using blood samples from women who were SARS-CoV-2 positive within their gestational period, and blood from the respective umbilical cords, we evaluated both humoral and cellular responses to determine if immune protection was transferred in uterus and how frequently vertical transmission occurs. Through serological tests, we were able to detect anti-SARS-CoV-2 IgG antibodies in 34/52 cord samples (≈65%), while only 2/52 cord samples (≈4%) presented both IgA and IgM, indicating that vertical transmission might have occurred. We also determined that IgG transfer ratio was inefficient and that only 9/52 cord samples (≈17%) had weakly neutralizing activity. Flow cytometry analysis showed that umbilical cord samples presented lower percentages of Spike-specific CD4+ T cells when compared to mothers. Interestingly, a pool of naïve B cells with the capacity to bind to the receptor binding domain (RBD) from the virus was found in umbilical cord samples. Altogether, our results suggest that maternal infection with SARS CoV-2 leads to inefficient antibody transfer to the fetus. Nonetheless, we hypothesise that in uterus protection can still be conferred by the simultaneous placental transfer of Spike-specific IgG antibodies and possibly immune cells. In addition to contributing to new insights on the consequences of SARS CoV-2 infection during pregnancy, this project generated data that might guide future studies in the area. Future work will also include the assessment of the in uterus infection impact in baby´s development