Altersabhängige Veränderungen der CD4+ T-Zell-Antwort nach Gelbfieberimpfung

Abstract

Das menschliche Immunsystem unterliegt komplexen, altersassoziierten Veränderungen, die als Grundlage für die im höheren Lebensalter steigende Inzidenz von Infektions-, Tumor- und Autoimmunerkrankungen diskutiert werden. Der Gelbfieberimpfstoff YFV-17D enthält attenuiertes Gelbfieber-Virus und erzeugt nach Impfung eine Virusinfektion im menschlichen Organismus. So wird die hervorgerufene antivirale Immunantwort dem Untersucher zugänglich. In der hier vorliegenden Studie wurde die Immunantwort nach Gelbfieber-Erstimpfung bei 24 Probanden in zwei altersgetrennten Teilnehmerkohorten (23-28 Jahre und 55-68 Jahre) mithilfe von Analysen der induzierten Impfvirämie und Antikörperantwort im Serum sowie hochdimensionaler Durchflusszytometrie charakterisiert. Den Fokus bildeten hier der Phänotyp und die Funktionalität des CD4+ T Zellkompartiments vor und im Verlauf nach Impfung. CD4+ T Zellen üben einen wichtigen koordinativen Einfluss auf verschiedene Komponenten des Immunsystems aus: So unterstützen sie die Antikörperproduktion durch B Zellen, die Aktivität von zytotoxischen CD8+ T Zellen und agieren auch regulatorisch, um Immunantworten effizient zu begrenzen. CD4+ T Zellen durchlaufen entscheidende Selektionsschritte im Thymus, einem lymphatischen Organ, dessen Funktionalität mit zunehmendem Lebensalter abnimmt. Dies geht mit einem schrumpfenden Angebot und einer eingeschränkten Diversität neu gebildeter T Zellen einher mit bislang unzureichend geklärtem Einfluss auf die Erstantwort gegen ein neues Pathogen. Die serologische Analyse der YFV-17D-Virämie mittels RT-qPCR zeigte, dass ältere Probanden den Höhepunkt der Virämie signifikant später erreichten, also vermutlich schlechter die Replikation des Impfvirus eingrenzen konnten. Eine Verzögerung zeigte sich ebenfalls in der Bildung Gelbfieber-spezifischer neutralisierender Antikörper mit niedrigeren Titern der älteren Gruppe an Tag 14. Die Zusammensetzung des peripheren T-Zellpools vor Impfung wurde mithilfe von Zelloberflächenmarkern bestimmt. Hier zeigte sich, dass ältere Personen über signifikant weniger naive CD4+ T Zellen verfügten und insbesondere der Anteil der kürzlich dem Thymus entstammenden CD4+ T Zellen verringert war. Dies korrelierte mit niedrigeren Zahlen Gelbfieber-spezifischer CD4+ T Zellen in der Expansionsphase der Antwort. Probanden, mit niedrigeren Frequenzen dieser aktivierten Zellen, zeigten einen späteren Höhepunkt ihrer Serumvirämie und niedrigere Titer neutralisierender Antikörper an Tag 14. Das Zytokinprofil der mittels CD40L identifizierten YFV- 17D-spezifischen CD4+ T Zellen wurde nach in vitro Impfstoff-Stimulation untersucht und zeigte eine robuste, polyfunktionale Th1-dominierte Antwort ohne signifikante Differenzen zwischen beiden Altersgruppen. Alle Probanden entwickelten ungeachtet ihres Alters bis Tag 28 eine als protektiv einzustufende Impfantwort, welche auch bis zum Folgetermin nach 20-35 Monaten weitestgehend stabil blieb. Altersassoziierte Einschränkungen der Immunkompetenz ließen sich also vorrangig in der Akutphase der Impfantwort nachweisen. Dies könnte zusammengefasst als Folge des bei älteren Menschen verkleinerten Repertoires naiver CD4+ T Zellen bei erhaltener Funktionalität der einzelnen T Zelle interpretiert werden.

The human immune system is subject to complex, age-associated changes, which are being discussed as causes for the increasing incidence of infectious, malignant and autoimmune diseases at higher age. The Yellow Fever vaccine YFV- 17D contains attenuated Yellow fever virus and induces upon vaccination a viral infection in the human organism. Thus, an antiviral immune response becomes accessible to the investigator. In this study, the immune responses after first-time YFV-17D-vaccination was monitored by serological analyses of serum viremia and antibody titers as well as multidimensional flow cytometry (FACS) in 24 healthy volunteers belonging to two age-sperated cohorts (23-28 years and 55-68 years). A focus was set on the phenotype and functionality of the CD4+ T-cell-compartment before and after vaccination. CD4+ T Cells act as important coordinators of various arms of the immune system, supporting antibody production by B cells, enhancing the performance of cytotoxic CD8+ T cells and furthermore regulating immune responses to an optimal level. During their formation, CD4+ T cells pass through selection in the thymus, a lymphoid organ loosing functionality with increasing age. This involves a shrinking and less diverse pool of newly formed T cells with so far unclear impact on the primary response against a new pathogen. The serological analysis of YFV-17D- viremia by RT-qPCR showed, that elderly participants reached their maximum of viremia significantly later, suggesting an impaired capability to control viral replication. A delay was also observed in the production of Yellow- fever-specific neutralizing antibodies in elderly donors with lower median titers at day 14. The composition of the peripheral CD4+ T-cell-pool prior to vaccination was assessed with the help of cell surface markers. Elderly donors possessed significantly less naive CD4+ T cells with a particularly strong reduction in cells having recently emigrated from the thymus. These lower numbers correlated with fewer Yellow-fever-specific CD4+ T cells during expansion-phase of the response. Donors, displaying smaller numbers of this activated subset, showed a delayed peak in serum -viremia and lower titers of neutralizing antibodies at day 14. The cytokine-profile of YFV-17D-specific CD4+ T cells, identified according to their surface-expression of CD40L after in vitro vaccine-stimulation, showed a robust, polyfunctional Th1-dominated immune response without significant deviations between age groups. Until day 28, all donors displayed protective immune responses regardless their age, which remained stable in terms of antigen-specific CD4+ T cells and antibody titers also until the follow up at 20-35 months after vaccination. Age-related impairments of the immune competence could therefore be observed predominantly in the acute phase of the immune response. The initial delay suggests a skewed repertoire of naive CD4+ T cells in the elderly with preserved functionality of the individual cell.