The immune response to mycobacterial glycolipids in tuberculosis

Abstract

A tuberculose (TB) é uma doença infecciosa que continua sendo um importante problema de saúde pública, apesar de todos os esforços para eliminá-la, sendo a principal causa de morte por um único agente infeccioso após a COVID-19. Após exposição à bacteria Mycobacterium tuberculosis (Mtb), o sistema imunológico do hospedeiro pode eliminar a bactéria, controlar seu crescimento levando a tuberculose latente (TBL) ou não conter a infecção resultando em tuberculose ativa (TBA). Dado que apenas cerca de 5-10% dos indivíduos infectados latentemente irão progredir para TBA, a latência pode ser vista como um fenótipo na sua maioria protetor. Identificar os indivíduos com TBL que estão em risco de evoluir para ATB é de extrema importância na prevenção da TB. Os glicolipídios micobacterianos fosfatidilinositol manosídeo (PIM) e lipoarabinomanano (LAM) são abundantes na parede celular de Mtb e sabe-se que têm propriedades imunomoduladoras. No entanto, a resposta imune aos glicolipídios de Mtb em diferentes estágios da infecção por Mtb não tem sido muito explorada. Para resolver este problema, realizámos uma análise detalhada da resposta in vitro de células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) de indivíduos com TBL e TBA para glicolipídios Mtb. Além disso, caracterizámos o perfil das PBMCs e avaliámos a função das células NK em indivíduos infectados com Mtb e comparámos com controles saudáveis. Identificámos vários clusters de células mieloides, NK, B e T que responderam aos glicolipídios de Mtb produzindo diferentes padrões de citocinas. A resposta foi caracterizada por menor número de células mieloides produtoras de citocinas em indivíduos infectados por Mtb, mais proeminente em indivíduos com TBL em comparação com controlos saudáveis. Em células não estimuladas, as frequências de subpopulações de células NK foram semelhantes entre os grupos, mas uma investigação mais aprofundada da função destas células mostrou que indivíduos com TBL têm a função destas células comprometida, no que diz respeito à produção de citocinas, em comparação com indivíduos com TBA e/ou controlos saudáveis. Estes resultados apontam para uma hiporresponsividade das células inatas em termos de produção de citocinas em indivíduos infectados latentemente com Mtb em resposta aos glicolipídios de Mtb. Uma investigação mais aprofundada dos mecanismos subjacentes a esta resposta pode fornecer informações sobre marcadores imunológicos da proteção natural contra a infecção por Mtb. A identificação de tais marcadores pode ajudar a melhorar testes de diagnóstico, estratégias de intervenção, terapia preventiva e investigação de novas vacinas.

Tuberculosis (TB) is an infectious disease that remains a significant public health problem, despite all the efforts to eliminate it, being the leading cause of death from a single infectious agent after COVID-19. Upon exposure to Mycobacterium tuberculosis (Mtb) the host immune system might clear the bacteria, control its growth leading to latent tuberculosis (LTB), or fail to contain the infection resulting in active tuberculosis (ATB). Given that only about 5-10% of latently infected individuals will progress to ATB, latency can potentially be viewed as a generally protective phenotype. Identifying the individuals with LTB that are at risk of progressing to ATB is of great importance in TB prevention. The mycobacterial glycolipids phosphatidylinositol mannoside (PIM) and lipoarabinomannan (LAM) are abundant in the Mtb cell wall and are known to have immunomodulatory properties. However, the immune response to Mtb glycolipids in different stages of Mtb infection is poorly understood. To address this issue, we performed an in-depth analysis of the in vitro response of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from individuals with LTB and ATB to Mtb glycolipids. Moreover, we profiled PBMCs and assessed NK cell function in individuals with LTB, and ATB and compared with healthy controls. We identified various clusters of myeloid, NK, B, and T cells that responded to Mtb glycolipids by producing different patterns of cytokines. The response was characterised by lower numbers of cytokine-producing myeloid cells in Mtb-infected individuals, more prominent in individuals with LTB compared with healthy controls. In non-stimulated cells, frequencies of NK subsets were similar between groups, but further investigation of NK function showed that individuals with LTB had diminished NK cell function in terms of cytokine production, compared to individuals with ATB and/or healthy controls. Our results point towards an innate immune hyporesponsiveness in terms of cytokine production in individuals latently infected with Mtb in response to Mtb glycolipids. Further investigation of the mechanisms underlying this response may provide insights into the immunological features of natural protection against infection by Mtb. Eventually, identifying markers of such protection may help improve diagnostic tests, intervention strategies, preventive therapy, and vaccine research.