Introduction: Varicella-zoster virus (VZV) establishes lifelong latency and can reactivate as herpes zoster (HZ), particularly in older adults. Effective long-term immune protection relies on durable T cell memory. While virus-specific circulating memory T cells have been extensively characterized, the role of virus-specific bone marrow (BM) - resident memory T cells in antiviral immunity against VZV remains poorly understood. Methods: To investigate the distribution and function of VZV-reactive memory CD4⁺ T cells, paired peripheral blood (PB) and BM samples were collected from 19 donors without ongoing immune reactions. Another three healthy participants received the VZV glycoprotein E (gE) vaccine, with immune responses evaluated at pre-vaccination (days -7 and 0) and post-vaccination (days 1 and 14) time points. Multiparametric flow cytometry was used to identify antigen-specific T cells following ex vivo stimulation with VZV -gE. Activation was assessed via CD154 expression and intracellular cytokines interleukin-2 (IL-2), interferon-gamma (IFN-γ) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α). Memory subsets were classified based on CD45RO and CCR7 expression. Results: BM contained significantly higher frequencies and absolute numbers of VZV-reactive memory CD4⁺ T cells compared to PB, with both compartments exhibiting a dominance of CD4⁺ over CD8⁺ responses. BM-resident memory CD4⁺ T cells were enriched for the effector memory phenotype and produced higher levels of cytokines, especially IFN-γ and TNF-α. Importantly, the BM harboured a greater proportion of polyfunctional CD4⁺ T cells capable of simultaneous production of more than one of the analyzed cytokines (IL-2, IFN-γ, TNF-α). Post-vaccination analysis revealed boosted anti-VZV IgG titers, and increased circulating VZV-reactive memory CD4⁺ T cells, particularly within polyfunctional subsets—suggesting mobilization of VZV-reactive resident memory T cells from tissues such as the BM into circulation upon antigenic challenge. Conclusion: These findings identify the bone marrow as a significant reservoir of functionally potent VZV-reactive memory CD4⁺ T cells in older individuals. The BM not only supports long-term antiviral immunity but also may contribute to rapid recall responses following re-exposure.
Einleitung: Das Varizella-Zoster-Virus (VZV) etabliert eine lebenslange Latenz und kann insbesondere bei älteren Erwachsenen als Herpes Zoster (HZ) reaktiviert werden. Eine effektive langfristige Immunabwehr hängt von langlebigen T-Gedächtniszellen im Knochenmark (BM) ab. Während zirkulierende Gedächtnis-T-Zellen bereits umfassend charakterisiert wurden, ist die Rolle von Gedächtnis-T-Zellen des BM bei der antiviralen Immunität gegen VZV bisher wenig verstanden. Methoden: Zur Untersuchung der Verteilung und Funktion von VZV-reaktiven Gedächtnis-CD4⁺-T-Zellen wurden gepaarte Proben aus peripherem Blut (PB) und Knochenmark von 19 Spendern ohne Anzeichen von Immunreaktionen entnommen. Zusätzlich erhielten drei weitere gesunde Teilnehmende den VZV-gE-Impfstoff; deren Immunantworten wurden vor (Tag -7 und 0) und nach der Impfung (Tag 1 und 14) analysiert. Mittels multiparametrischer Durchflusszytometrie wurden antigenspezifische T-Zellen nach ex vivo-Stimulation mit dem VZV-Glykoprotein E (gE) identifiziert. Die Aktivierung wurde durch CD154-Expression sowie die Produktion intrazellulärer IL-2, IFN-γ und TNF-α gemessen. Gedächtniszellsubtypen wurden anhand der Expression von CD45RO und CCR7 klassifiziert. Ergebnisse: Im BM fanden sich signifikant höhere absolute Zahlen VZV-reaktiver Gedächtnis-CD4⁺-T-Zellen im Vergleich zum PB, wobei in beiden Kompartimenten CD4⁺-Antworten gegenüber CD8⁺ dominierten. Unter Gedächtnis-CD4⁺-T-Zellen aus dem BM waren mehr Effektorgedächtnis-Zellen und sie produzierten mehr Zytokine, insbesondere IFN-γ und TNF-α. Bemerkenswert war der hohe Anteil „polyfunktionaler“ CD4⁺-T-Zellen im BM, die simultan mehrere dieser Zytokine produzierten (IL-2, IFN-γ, TNF-α). Nach der Impfung wurde ein Anstieg anti-VZV-IgG-Titer beobachtet, und eine erhöhte Anzahl zirkulierender VZV-reaktiver Gedächtnis-CD4⁺-T-Zellen im Blut, insbesondere der polyfunktionalen Zellen, was auf eine Mobilisierung von BM-residenten T-Zellen als Antwort auf die Impfung hinweist. Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse identifizieren das Knochenmark als signifikantes Reservoir funktionell kompetenter VZV-reaktiver Gedächtnis-T-Zellen bei älteren Menschen. Das KM unterstützt nicht nur die langfristige antivirale Immunität, sondern trägt möglicherweise auch zu effektiven Immunantworten nach erneuter Exposition bei.
