Memory T cells play a central role in protecting the organism from invading pathogens. Over the past decades, their biology has been extensively studied in human peripheral blood. However, there is still a paucity of knowledge regarding the mechanisms underly-ing the generation and organization of cellular memory in human tissues, particularly in the context of vaccination. In this study, mononuclear cells of SARS-CoV-2-naïve individuals with a SARS-CoV-2 mRNA vaccination history were isolated from a variety of non-lymphoid (kidney, lung, liver) and lymphoid organs (bone marrow, spleen), along with paired blood samples. After SARS-CoV-2 spike peptide mix stimulation, vaccine-specific CD4+ T cells were detected based on an activation marker signature. Importantly, vaccine-specific CD4+ T cells could be identified in all tissues and are still detectable in blood and tissue several months after the last vaccination. However, only frequencies of blood-derived spike-specific CD4+ T cells decreased with increasing vaccinee age. Notably, non-lymphoid organs exhibited considerably elevated frequencies of spike-specific CD4+ T cells compared with blood, displaying characteristics consistent with tissue residency (CD4+CD69+ or CD4+CD49a+). Vaccine-specific effector memory-type (TEM=CD45RO+CD62L-) CD4+ T cells showed an enrichment in kidney, lung and liver over paired blood. Moreover, antigen-specific CD4+ T cells from tissues exhibited augmented Th1-driven polyfunctionality in comparison to cells from blood. In additional, this study investigated the downregulation of CD3 on SARS-CoV-2-specific CD4+T cells after stimulation as a potential indicator for the quality of the immune response and consequently for the outcome of infection or vaccination. Those cells were detected in both blood and non-lymphoid and lymphoid organ speci-mens with an increased frequency of CD3-CD4+ T cells in tissue samples when compared to the corresponding blood samples. In contrast with recent publications, the investigated vaccine-reactive CD3- T cells did not demonstrate enhanced functionality over the CD3+ counterpart based on elevated frequencies of IFN-γ, IL-2 or IL-4. Moreover, the CD3- subset of spike-specific CD4+ T cells exhibited disparate distributions of TEM and TEFF frequencies in both tissues and blood, in comparison with the CD3+ counterpart. The present study thus provides a comprehensive overview on the distribution of SARS-CoV-2 mRNA vaccine-specific CD4+ T cells in non-lymphoid and lymphoid tissues, as well as their phenotype and functionality. These collective findings indicate that protection against SARS-CoV-2 re-challenge may include tissue-localized cellular memory with site-specific functional adaptations. Furthermore, they offer insights that can support the de-velopment of future vaccines or adaptations of existing vaccines.
Gedächtnis-T-Zellen spielen eine zentrale Rolle im Rahmen der Abwehr von pathogenen Erregern. In den vergangenen Jahrzehnten wurde ihre Biologie im menschlichen peripheren Blut eingehend analysiert. Allerdings sind die zugrunde liegenden Mechanismen, welche die Entstehung und Organisation des zellulären Gedächtnisses in menschlichen Geweben bedingen, noch immer nicht hinreichend erforscht, insbesondere im Kontext von Impfungen. In dieser Studie wurden mononukleäre Zellen von SARS-CoV-2-naiven Personen mit einer SARS-CoV-2-mRNA-Impfgeschichte aus einer Vielzahl von nicht-lymphoiden (Niere, Lunge, Leber) und lymphoiden Organen (Knochenmark, Milz) sowie aus gepaarten Blut-proben isoliert. Nach Stimulation mit einem SARS-CoV-2-Spike-Peptidgemisch wurden auf der Grundlage einer Aktivierungsmarkersignatur impfspezifische CD4+ T-Zellen in allen Geweben nachgewiesen, die auch mehrere Monate nach der letzten Impfung noch in festgestellt werden können. Allerdings nahm die Frequenz der Spike-spezifischen CD4+ T-Zellen aus dem Blut mit zunehmendem Alter ab. Es konnte festgestellt werden, dass vor allem die nicht-lymphoiden Organe im Vergleich zum Blut deutlich höhere Frequenzen an Spike-spezifischen CD4+ T-Zellen aufwiesen. Diese zeigten zudem Eigenschaften, die mit der Ansässigkeit im Gewebe übereinstimmen (CD4+CD69+ oder CD4+CD49a+). SARS-CoV-2-spezifische CD4+ T-Zellen vom Effektor-Gedächtnis-Typ (TEM=CD45RO+CD62L-) waren in nicht-lymphoiden Geweben stärker angereichert als im Blut. Darüber hinaus wiesen antigen-spezifische CD4+ T-Zellen aus Organen im Ver-gleich zu Zellen aus Blut eine verstärkte Th1-gesteuerte Polyfunktionalität auf. Des Weiteren wurde in dieser Studie die verringerte Expression von CD3 auf SARS-CoV-2-spe-zifischen CD4+ T-Zellen nach Stimulation als Indikator für die Qualität der Immunantwort und das Infektions- oder Impfergebnis. Diese Zellen wurden sowohl in Blut als auch im Gewebe nachgewiesen, wobei die Häufigkeit von CD3-CD4+ T-Zellen in den Gewebeproben im Vergleich zu den Blutproben erhöht war. Im Gegensatz zu jüngsten Publikationen und basierend auf erhöhten Frequenzen von IFN-γ, IL-2 oder IL-4 zeigten die untersuchten impfstoffreaktiven CD3- T-Zellen keine erhöhte Funktionalität gegenüber dem CD3+CD4+ Kompartiment auf, jedoch ungleiche Verteilungen der TEM- und TEFF-Frequenzen in Gewebe und Blut. Die vorliegende Studie bietet somit einen umfassenden Überblick über die Verteilung von SARS-CoV-2-mRNA-Vakzin-spezifischen CD4+ T-Zellen in nicht-lymphoiden und lymphoiden Geweben sowie über deren Phänotyp und Funktionalität. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der Schutz gegen eine erneute SARS-CoV-2-Infektion ein gewebespezifisches zelluläres Gedächtnis mit ortsspezifischen funktionellen Anpassungen beinhalten kann. Des Weiteren können die Erkenntnisse dazu beitragen, die Entwicklung künftiger Impfstoffe oder die Anpassung bestehender Impfstoffe zu unterstützen.
