Immunological insights into COVID-19: From vaccination to long-term sequelae

Abstract

COVID-19 was a new type of infection caused by a novel coronavirus, SARS-CoV-2, and a challenge for our naïve immune system. With no pre-existing adaptive immunity, SARS-CoV-2 spread rapidly worldwide in the beginning of 2020. The pandemic caused enormous pressure on healthcare systems and medical organizations, leading to global isolation protocols and the development of new vaccines in record-breaking time.

However, serum levels of neutralizing antibodies declined a few months after the immunization, although some protection was seen in epidemiological studies. In addition, many patients reported symptoms lasting even months after the acute SARS-CoV-2 infection. The condition was named “long COVID” or “post-COVID-19 condition” (PCC). However, little is known about the pathophysiological basis of the condition.

In this thesis, I studied cellular immunity generated by COVID-19 vaccination in healthcare workers, immunocompetent COVID-19 patients, and immunocompromised individuals. Moreover, I assessed the role of inflammation, humoral immunity, and hypocortisolism in PCC in a 24-month follow-up of COVID-19 inpatient and outpatient cohorts.

I showed that SARS-CoV-2 vaccination induces long-lasting cellular immunity in healthy individuals and immunocompromised patients, possibly protecting against severe disease. The prevalence of PCC decreased from 51.2% in three months to 18.3% over the 24-month follow-up period. Patients with PCC had elevated levels of anti-SARS-CoV-2 antibodies compared to recovered individuals. Interestingly, the clustering of patients to subgroups revealed that patients with fatigue, myalgia, or ongoing respiratory problems seemed to have elevated serum levels of interleukin six and high-sensitivity C-reactive protein. In contrast, patients with cognitive problems seemed to have lower cortisol levels. Unfortunately, the subgroup sizes were too small for proper statistical analysis.

<b>Immunologinen näkökulma COVID-19-tautiin: rokotuksista pitkäaikaisoireisiin</b>

Alkuvuonna 2020 Kiinan Wuhanissa havaittu uusi koronavirus SARS-CoV-2 aiheutti maailmanlaajuisen COVID-19 pandemian. Virukselle ei ollut väestössä hankinnaista immuniteettia, minkä vuoksi se kykeni leviämään nopeasti ympäri maailmaa. COVID-19 aiheutti alkuvaiheessa huomattavaa kuolleisuutta, ja pandemian aiheuttama terveydenhuollon kuormitus johti maailmanlaajuisiin eristystoimenpiteisiin. Toisaalta vakavan pandemian vuoksi uusia rokoteteknologioita onnistuttiin kehittämään ennätyksellisen nopeasti.

Levitessään maailmalla viruksesta kehittyi uusia variantteja, jotka onnistuivat väistämään aiempien infektioiden ja rokotusten synnyttämää immuniteettia. Rokotukset suojasivat jonkin verran myös uusilta varianteilta, mutta niiden aikaansaamasta soluvälitteisestä immuniteetista ei juuri ollut tutkittua tietoa. Tieto immuunivasteista on erittäin tärkeää etenkin potilailla, joiden vasta-ainetuotanto on heikentynyt. Moni potilas kärsii akuutin taudin jälkeen pitkäkestoisista ja hankalista oireista, joita kutsutaan akuutin COVID-19-taudin jälkeiseksi oireyhtymäksi (PCC). PCC heikentää merkittävästi elämänlaatua mutta valitettavasti sen taustasyytä ei tarkkaan tiedetä eikä siihen ole tällä hetkellä tehokasta hoitoa.

Tässä väitöstutkimuksessa tutkin COVID-19-rokotusten aikaansaamaa soluvälitteistä immuniteettia terveillä terveydenhuollon työntekijöillä ja vasta-aine-vajausta sairastavilla potilailla. Lisäksi tutkin PCC:tä sairastavien potilaiden tulehduksen välittäjäaineiden sekä SARS-CoV-2-vasta-aineiden pitoisuuksia. Tutkimukseni osoitti, että COVID-19-rokotteet saavat aikaan tehokkaan soluvälitteisen immuunivasteen sekä terveillä että immuunipuutteisilla potilailla. Potilaiden pitkäaikaiset oireet helpottivat merkittävällä osalla kahden vuoden seurannan aikana. Pitkäaikaisista oireista kärsivillä oli korkeammat vasta-ainetasot SARS-CoV-2 viruksen pinta- ja nukleoproteiineja kohtaan muihin taudin sairastaneisiin verrattuna. Potilailla, joilla keskeisimmät oireet olivat uupumus sekä lihaskivut tai pitkäaikaiset hengitystieoireet, seerumin interleukiini 6:n ja herkän C-reaktiivisen proteiinin pitoisuudet vaikuttivat korkeammilta. Pääosin kognitiivisesti oireilevien kortisolitasot vaikuttivat matalammilta. Valitettavasti näiden osaryhmien koot jäivät kuitenkin liian pieneksi tilastollisia analyysejä varten.