Features of subset composition and functional activity of blood lymphocytes in tick-borne infections of different etiologies

Aim. To perform a comparative assessment of subset composition and functional activity of peripheral blood lymphocytes in patients with tick-borne encephalitis (TBE) and ixodid tick-borne borreliosis (ITBB) in the acute phase of the disease.

Materials and methods. The study involved 22 patients with febrile and meningeal TBE, 15 patients with ITBB with and without erythema, and 11 healthy controls. Subset composition of blood lymphocytes was determined by flow cytometry. The blast transformation assay was applied to assess lymphocyte proliferation. Cytokine-producing activity of cells was studied in 24-hour incubated mononuclear cell cultures. Cytokine concentrations (interleukin (IL)-2, IL-4, IL-10, interferon (IFN)γ) were determined in the supernatants by the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).

Results. Patients with TBE demonstrated an increase in the proportion of helper – inducer T-cells, a pronounced decrease in the proportion and absolute count of cytotoxic T cells, and low T lymphocyte count compared to the control values. The study in ITBB patients revealed an increase in the helper – inducer T-cell count and the proportion of NK-cells, a decrease in the cytotoxic T cell count, and the T lymphocyte count comparable to normal values. The most significant decrease in the levels of phytohemagglutinin-induced lymphocyte proliferation was found in patients with TBE. Patients of both groups showed a decrease in IL-2 secretion in the mononuclear cell culture, a rise in IL-4 and IL-10 production, and IFNγ production levels comparable to control values.

Conclusion. The study of TBE patients revealed relative lymphocytopenia with changes in the subset composition of lymphocytes characterized by an increase in the proportion of helper – inducer T-cells and a decrease in the absolute cytotoxic T lymphocyte count. Patients with ITBB demonstrated an increase in the proportion of NK-cells and a more pronounced imbalance in the T-helper / cytotoxic T lymphocyte ratio. Changes in the functional phenotype of lymphocytes, regardless of the etiology of tick-borne infection, were characterized by reduced proliferative reserve, low IL-2 secretion, increased IL-4 and IL-10 production, and depressed reactivity of lymphocytes with respect to IFNγ secretion.

1. Проворова В.В., Краснова Е.И., Хохлова Н.И., Савельева М.А., Филимонова Е.С., Кузнецова В.Г. Старые и новые клещевые инфекции в России. Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2019;8(2):102–112. DOI: 10.24411/2305-3496-2019-12013.

2. Андаев Е.И., Никитин А.Я., Толмачёва М.И., Зарва И.Д., Яцменко Е.В., Матвеева В.А. и др. Эпидемиологическая ситуация по клещевому вирусному энцефалиту в Российской Федерации в 2022 г. и прогноз ее развития на 2023 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2023;(1):6–16. DOI: 10.21055/0370-1069-2023-1-6-16.

3. Пинегин Б.В., Хаитов Р.М. Современные принципы создания иммунотропных лекарственных препаратов. Иммунология. 2019;40(6):57–62. DOI: 10.24411/0206-4952-201916008.

4. Андронова Н.В., Миноранская Н.С., Миноранская Е.И. Специфический иммунный ответ и некоторые отдаленные результаты при остром течении иксодового клещевого боррелиоза и микст-инфекции клещевого энцефалита и иксодового клещевого боррелиоза. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2011;100(1):54–57.

5. Филимонова Е.С., Бондаренко Е.И., Краснова Е.И., Проворова В.В., Криницына Э.В., Олейник А.Н. и др. Выявление маркеров возбудителей природно-очаговых инфекций, передающихся клещами. Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2021;10(4):90–97. DOI: 10.33029/2305-3496-2021-10-4-90-97.

6. Симбирцев А.С. Иммунофармакологические аспекты системы цитокинов. Бюллетень сибирской медицины. 2019;18(1):84–95. DOI: 10.20538/1682-0363-2019-1-84-95.

7. Ng C.T., Oldstone M.B. IL-10: achieving balance during persistent viral infection. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2014;380:129–144. DOI: 10.1007/978-3-662-43492-5_6.

8. Welsh R., Bahl K., Marshall H., Urban S. Type 1 interferons and antiviral CD8 T-cell responses. PLoS Pathog. 2012;8(1):e1002352. DOI: 10.1371/journal.ppat.1002352.2012.V.8:e1002352.

9. Marelli-Berg F.M., Fu H., Vianello F., Tokoyoda K., Hamann A. Memory T-cell trafficking: new directions for busy commuters. Immunology. 2010;130(2):158–165. DOI:10.1111/j.13652567.2010.03278.x.

10. Литвинова Л.С., Гуцол А.А., Сохоневич Н.А., Кофанова К.А., Хазиахматова О.Г., Шуплецова В.В. и др. Основные поверхностные маркеры функциональной активности Т-лимфоцитов (обзор). Медицинская иммунология. 2014;16(1):7–26. DOI: 10.15789/1563-0625-2014-1-7-26.

11. Крылова Н.В., Леонова Г.Н., Павленко Е.В., Запорожец Т.С., Смолина Т.П., Гажа А.К. и др. Комплексная оценка состояния иммунной системы при различных формах клещевого энцефалита в остром периоде. Медицинская иммунология. 2012;14(4-5):313–320.

12. Крылова Н.В., Леонова Г.Н. Некоторые особенности иммунопатогенеза клещевого энцефалита. Тихоокеанский медицинский журнал. 2007;3(29):21–24.

13. Blom K., Cuapio A., Sandberg J.T., Varnaite R., Michaëlsson J., Björkström N.K. et al. Cell-mediated immune responses and immunopathogenesis of human tick-borne encephalitis virus-infection. Front. Immunol. 2018;9:2174. DOI: 10.3389/fimmu.2018.02174.

14. Stone E.T., Pinto A.K. T Cells in tick-borne flavivirus encephalitis: a review of current paradigms in protection and disease pathology. Viruses. 2023;15(4):958. DOI: 10.3390/v15040958.

15. Насырова Р.Ф., Рязанцева Н.В., Жукова Н.Г., Зима А.П., Жукова О.Б., Чечина О.Е. и др. Молекулярные и клеточные основы патогенеза клещевого энцефалита. Бюллетень сибирской медицины. 2006;(1):42–51.

16. Абакушина Е.В., Кузьмина Е.Г., Коваленко Е.И. Основные свойства и функции NK-клеток человека. Иммунология. 2012;33(4):220–224.

17. Athié-Morales V., O’Connor G.M., Gardiner C.M. Activation of human NK cells by the bacterial pathogen-associated molecular pattern muramyl dipeptide. J. Immunol. 2008;180(6):4082–4089. DOI: 10.4049/jimmunol.180.6.4082.

18. Freud A.G., Mundy-Bosse B.L., Yu J., Caligiuri M.A. The broad spectrum of human natural killer cell diversity. Immunity. 2017;47(5):820–833. DOI: 10.1016/j.immuni.2017.10.008.

19. Oosting M., Brouwer M., Vrijmoeth H.D., Pascual Domingo R., Greco A., Ter Hofstede H. et al. Borrelia burgdorferi is strong inducer of IFN-γ production by human primary NK cells. Cytokine. 2022;155:155895. DOI: 10.1016/j.cyto.2022.155895.

20. Scorza B.M., Mahachi K.G., Cox A.D., Toepp A., Pessoa-Pereira D., Tyrrell P. et al. Role of NK-like CD8+ T cells during asymptomatic Borrelia burgdorferi infection. Infect. Immun. 2022;90(5):e0055521. DOI: 10.1128/iai.00555-21.

21. Petnicki-Ocwieja T., Kern A. Mechanisms of Borrelia burgdorferi internalization and intracellular innate immune signaling. Front. Cell Infect Microbiol. 2014;4:175. DOI: 10.3389/fcimb.2014.00175.

22. Tomasiewicz K., Chmielewska-Badora J., Zwolinski J., Murias-Brylowska E. Analysis of main T-cell subsets and activated T suppressor/cytotoxic cells in patients with Borrelia burgdorferi s. lato only infection and co-infections with Anaplasma phagocytophilum, Bartonella spp. and Babesia microti. Ann. Agric. Environ. Med. 2016;23(1):111–115. DOI: 10.5604/12321966.1196864.