Оценка клеточного иммунитета макаков резусов методом проточной цитометрии после экспериментального инфицирования вирусом Эбола (Filoviridae; Ebolavirus: Zaire ebolavirus)

Статья в Elpub

Вопросы вирусологии. 2021; 66: 289-298

Оценка клеточного иммунитета макаков резусов методом проточной цитометрии после экспериментального инфицирования вирусом Эбола (Filoviridae; Ebolavirus: Zaire ebolavirus)

Борисевич Г. В., Кириллова С. Л., Шатохина И. В., Лебедев В. Н., Шагарова Н. В., Сыромятникова С. И., Андрус А. Ф., Ковальчук Е. А., Кириллов В. Б., Беспалов М. Л., Петров А. А., Ковальчук А. В., Пантюхов В. Б., Кутаев Д. А., Борисевич С. В., Кузнецов С. Л.

https://doi.org/10.36233/0507-4088-64

Аннотация

Введение. Возникающие в последнее десятилетие вспышки болезни, вызываемой вирусом Эбола (ВЭ) (БВВЭ), определяют необходимость изучения патогенеза этой нозологической формы, формирования специфического иммунитета, а также создания эффективных средств профилактики и лечения. Все звенья борьбы с распространением заболевания невозможны без экспериментального моделирования инфекции на чувствительных к ней лабораторных животных, которыми для БВВЭ являются макаки резусы.

Цель исследования – оценка клеточного иммунитета макаков резусов методом проточной цитометрии (цитофлуориметрии) (ПЦ) после экспериментального инфицирования ВЭ.

Материал и методы. Самцов макаков резусов внутримышечно инфицировали ВЭ, штамм Заир, в дозе 15 LD50 (доза возбудителя, вызывающая гибель 50% инфицированных животных). С использованием метода ПЦ определены уровни 18 популяций/субпопуляций лимфоцитов периферической крови животных до экспериментального инфицирования возбудителем и в терминальной стадии заболевания.

Результаты и обсуждение. Выявлено достоверное изменение после инфицирования уровня популяций/ субпопуляций лимфоцитов, указывающее на сочетание активации и супрессии иммунной системы при БВВЭ. Увеличение содержания отмечено для Т-лимфоцитов, Т-хелперов и цитотоксических Т-лимфоцитов, экспрессирующих соответствующие маркёры ранней активации. Снижение количества показано для Т-лимфоцитов и дубль-позитивных Т-лимфоцитов с экспрессией соответствующих маркёров поздней активации, а также натуральных киллеров, экспрессирующих CD8 (статистическая значимость оценивалась величиной р < 0,05).

Заключение. Впервые в Российской Федерации методом ПЦ проведено сравнение характеристик клеточного иммунитета макаков резусов до и после экспериментального инфицирования ВЭ. Информация по динамике изменений популяций лимфоцитов может иметь диагностическую значимость в ходе изучения патологического процесса при инфицировании данным возбудителем, контроле эффективности терапии, прогнозе возникновения и течения заболевания, а также его исхода.

Список литературы

1. WHO. Ebola virus disease Democratic Republic of Congo: external situation report 98/ 2020. Available at: https://www.who.int/publications/i/item/10665-332654 (accessed 16 August 2021).

2. Cenciarelli O., Gabbarini V., Pietropaoli S., Maliziaa A., Tamburrinic A., Ludovicic G.M., et al. Viral bioterrorism: learning the lesson of Ebola virus in West Africa 2013–2015. Virus. Res. 2015; 210(12): 318–26. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2015.09.002

3. Wieland E., Shipkova M. Lymphocyte surface molecules as immune activation biomarkers. Clin. Biochem. 2016; 49(4-5): 347–54. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2015.07.099

4. Wauquier N., Becquart P., Padilla C., Baize S., Leroy E.M. Human fatal Zaire Ebola virus infection is associated with an aberrant innate immunity and with massive lymphocyte apoptosis. PLoS Negl. Trop. Dis. 2010; 4(10): e837. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0000837

5. Dahlke C., Lunemann S., Kasonta R., Kreuels B., Schmiedel S., Ly M.L., et al. Comprehensive characterization of cellular immune responses following Ebola virus infection. J. Infect. Dis. 2017; 215(2): 287–92. https://doi.org/10.1093/infdis/jiw508

6. Wilson J.A., Hart M.K. Protection from Ebola virus mediated by cytotoxic T lymphocytes specific for the viral nucleoprotein. J. Virol. 2001; 75(6): 2660–4. https://doi.org/10.1128/JVI.75.6.2660-2664.2001

7. Warfield K.L., Olinger G.G. Protective role of cytotoxic T lymphocytes in filovirus hemorrhagic fever. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 984241. https://doi.org/10.1155/2011/984241e

8. Bente D., Gren J., Strong J.E., Feldmann H. Disease modeling for Ebola and Marburg viruses. Dis. Model. Mech. 2009; 2(1-2): 12–7. https://doi.org/10.1242/dmm.000471

9. Хаитов Р.М. Иммунология: структура и функции иммунной системы: учебное пособие. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2019.

10. Хайдуков С.В., Зурочка А.В., Тотолян А.А., Черешнев В.А. Основные и малые популяции лимфоцитов периферической крови человека и их нормативные значения (методом многоцветного цитометрического анализа). Медицинская иммунология. 2009; 11(2-3): 227–38. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2009-2-3-227-238.

11. Лапин Б.А. К вопросу об использовании в медицинских экспериментах лабораторных приматов. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2010; (2): 3–6.

12. Пшеничнов В.А., Махлай А.А., Михайлов В.В. Исследования с вирусами Марбург, Ласса и Эбола. Вопросы вирусологии. 1993; 38(2): 54–9.

13. Sestak K., Scheiners C., Wu X.W., Hollemweguer E. Identification of anti-human CD antibodies reactive with rhesus macaque peripheral blood cells. Vet. Immunol. Immunopathol. 2007; 119(1-2): 21–6. https://doi.org/10.1016/j.vetimm.2007.06.011

14. Хайдуков С.В., Байдун Л.В., Зурочка А.В., Тотолян А.А. Стандартизованная технология «Исследование субпопуляционного состава лимфоцитов периферической крови с применением проточных цитофлюориметров-анализаторов». Российский иммунологический журнал. 2014; (4): 974–92. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2012-3-255-268

15. Кудрявцев И.В., Субботовская А.И. Опыт измерения параметров иммунного статуса с использованием шестицветного цитофлуоримерического анализа. Медицинская иммунология. 2015; 17(1): 19–26. https://doi.org/0.15789/1563-0625-2015-1-19-26

16. Telford W.G., Babin S.A., Khorev S.V., Rowe S.H. Green fiber lasers: an alternative to traditional DPSS green lasers for flow cytometry. Cytometry A. 2009; 75(12): 1031–9. https://doi.org/10.1002/cyto.a.20790

17. Hammerbeck C., Goetz C., Bonnevier J. Primary and secondary antibodies and flow cytometry controls. In: Flow Cytometry Basics for the Non-Expert. Cham: Springer; 2018: 75–103. https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-98071-3_6

18. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие. М.: Высшая школа; 1990.

19. Reed D.S., Hensley L.E., Geisbert J.B., Jahrling P.B., Geisbert T.W. Depletion of Peripheral Blood T Lymphocytes and NK Cells During the Course of Ebola Hemorrhagic Fever in Cynomolgus Macaques. Viral. Immunol. 2004; 17(3): 390–400. https://doi.org/10.1089/vim.2004.17.390

20. Sanchez A., Lukwiya M., Bausch D., Mahanty S., Sanchez A.J., Wagoner K.D., et al. Analysis of human peripheral blood samples from fatal and nonfatal cases of Ebola (Sudan) hemorrhagic fever: cellular responses, virus load, and nitric oxide levels. J. Virol. 2004; 78(190): 10370–7. https://doi.org/10.1128/JVI.78.19.10370-10377.2004

21. McElroya A.K., Akondyc R.S., Davisc C.W., Ellebedyc A.H., Mehtae A.K., Krafte C.S., et al. Human Ebola virus infection results in substantial immune activation. PNAS. 2015; 112(15): 4719–24. https://doi.org/10.1073/pnas.1502619112

22. Cimini E.С., Viola D., Cabeza-Cabrerizo M., Romanelli А., Tumino N., Sacchi A., et al. Different features of Vδ2 T and NK cells in fatal and non-fatal human Ebola infections. PLoS Trop. Dis. 2017; 11(5): e0005645. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005645

23. Addison E.G., North J., Bakhsh I., Marden C., Haq S., Al-Sarraj S., et al. Ligation of CD8alpha on human natural killer cells prevents activation-induced apoptosis and enhances cytolytic activity. Immunology. 2005; 116(3): 354–61. https://doi.org/10.1111/j.1365-2567.2005.02235.x

Problems of Virology. 2021; 66: 289-298

Flow cytometry evaluation of the rhesus monkey cellular immunity following the Zaire ebolavirus (Filoviridae; Ebolavirus: Zaire ebolavirus) experimental infection

Borisevich G. V., Kirillova S. L., Shatokhina I. V., Lebedev V. N., Shagarova N. V., Syromyatnikova S. I., Andrus A. F., Koval’chuk E. A., Kirillov V. B., Bespalov M. L., Petrov A. A., Koval’chuk A. V., Pantyukhov V. B., Kutayev D. A., Borisevich S. V., Kuznetsov S. L.

https://doi.org/10.36233/0507-4088-64

Abstract

Introduction. The outbreaks of the Zaire ebolavirus (ZE) disease (ZED) that have arisen in the last decade determine the need to study the infection pathogenesis, the formation of specific immunity forming as well as the development of effective preventive and therapeutic means. All stages of fight against the ZED spread require the experimental infection in sensitive laboratory animals, which are rhesus monkeys in case of this disease .

The aim of the study is to evaluate the rhesus monkey cellular immunity following the ZE experimental infection by the means of flow cytometry (cytofluorimetry).

Material and methods. Male rhesus monkeys were intramuscularly infected by the dose of 15 LD50 (dose of the pathogen that causes 50% mortality of infected animals) of the ZE, the Zaire strain (ZEBOV). Levels of 18 peripheral blood lymphocyte populations of the animals before the ZE experimental infection and at the terminal stage of the disease were assessed using flow cytometry.

Results and discussion. The certain changes in the levels of the lymphocyte populations were observed following infection, indicating simultaneous activation and suppression of the immune system during ZED. The increase in content was observed for T-lymphocytes, T-helper and cytotoxic T-lymphocytes expressing the corresponding markers of early activation. The decrease was recorded for T-lymphocytes and double-positive T-lymphocytes expressing corresponding markers of late activation, as well as natural killer cells expressing CD8 (p < 0.05).

Conclusion. For the first time in the Russian Federation, the rhesus monkey cellular immunity before and after the ZE experimental infection was assessed using flow cytometry.

References

1. WHO. Ebola virus disease Democratic Republic of Congo: external situation report 98/ 2020. Available at: https://www.who.int/publications/i/item/10665-332654 (accessed 16 August 2021).

3. Wieland E., Shipkova M. Lymphocyte surface molecules as immune activation biomarkers. Clin. Biochem. 2016; 49(4-5): 347–54. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2015.07.099

7. Warfield K.L., Olinger G.G. Protective role of cytotoxic T lymphocytes in filovirus hemorrhagic fever. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 984241. https://doi.org/10.1155/2011/984241e

8. Bente D., Gren J., Strong J.E., Feldmann H. Disease modeling for Ebola and Marburg viruses. Dis. Model. Mech. 2009; 2(1-2): 12–7. https://doi.org/10.1242/dmm.000471

9. Khaitov R.M. Immunologiya: struktura i funktsii immunnoi sistemy: uchebnoe posobie. M.: GEOTAR-Media; 2019.

10. Khaidukov S.V., Zurochka A.V., Totolyan A.A., Chereshnev V.A. Osnovnye i malye populyatsii limfotsitov perifericheskoi krovi cheloveka i ikh normativnye znacheniya (metodom mnogotsvetnogo tsitometricheskogo analiza). Meditsinskaya immunologiya. 2009; 11(2-3): 227–38. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2009-2-3-227-238.

11. Lapin B.A. K voprosu ob ispol'zovanii v meditsinskikh eksperimentakh laboratornykh primatov. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimental'naya terapiya. 2010; (2): 3–6.

12. Pshenichnov V.A., Makhlai A.A., Mikhailov V.V. Issledovaniya s virusami Marburg, Lassa i Ebola. Voprosy virusologii. 1993; 38(2): 54–9.

14. Khaidukov S.V., Baidun L.V., Zurochka A.V., Totolyan A.A. Standartizovannaya tekhnologiya «Issledovanie subpopulyatsionnogo sostava limfotsitov perifericheskoi krovi s primeneniem protochnykh tsitoflyuorimetrov-analizatorov». Rossiiskii immunologicheskii zhurnal. 2014; (4): 974–92. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2012-3-255-268

15. Kudryavtsev I.V., Subbotovskaya A.I. Opyt izmereniya parametrov immunnogo statusa s ispol'zovaniem shestitsvetnogo tsitofluorimericheskogo analiza. Meditsinskaya immunologiya. 2015; 17(1): 19–26. https://doi.org/0.15789/1563-0625-2015-1-19-26

18. Lakin G.F. Biometriya: Uchebnoe posobie. M.: Vysshaya shkola; 1990.

22. Cimini E.S., Viola D., Cabeza-Cabrerizo M., Romanelli A., Tumino N., Sacchi A., et al. Different features of Vδ2 T and NK cells in fatal and non-fatal human Ebola infections. PLoS Trop. Dis. 2017; 11(5): e0005645. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005645