Phenotyping circulating monocytes and dendritic cells in SARS-CoV-2 and HIV infections: Unsupervised and supervised approaches to flow cytometry data analysis

Abstract

Monócitos e células dendríticas (CDs) coordenam a reposta inflamatória e ativam o ramo adaptativo do sistema imune, sendo fundamentais na resposta a infeções virais. Este trabalho utiliza abordagens automatizadas e manuais na análise de dados de citometria defluxo para caracterizar o fenótipo dos monócitos e CDs em doentes infetados pelo Vírus da Imunodeficiência Humana (VIH) e Síndrome Respiratória Aguda Grave Coronavírus 2(SARS−CoV−2).SARS−CoV−2 causa doença do coronavírus 2019 (COVID-19), que em casos graves leva a uma forte resposta inflamatória. Doentes com COVID-19 grave requerem internamento nos cuidados intensivos. A gestão de recursos de saúde associada a estes é um dos problemas principais desta pandemia. O primeiro objetivo deste estudo foi caracterizar o fenótipo de monócito e CDs durante a recuperação de COVID-19 grave. Ao fazê-lo revelámos que a recuperação de COVID-19 foi associada a um fenótipo imuno-modulatório acompanhado pela manutenção de níveis elevados de citocinas regulatórias. Outro foco foi o estádio inicial da infeção por VIH-1, que causa uma infeção vitalícia com crescente desregulação do sistema imune. Estes estádios inicias são difíceis de estudar, uma vez que a maioria dos doentes são assintomáticos durante as mesmas. No entanto, estes eventos são determinísticos na progressão da doença. Sendo assim, aproveitamos a oportunidade para estudar o fenótipo destas células numa doente no estádio agudo da infeção por VIH e compará-la a uma coorte de doentes com infeção de SARS-CoV-2 aguda. Este estudo revelou que a perda dos monócitos não clássicos Slan+ era comum a ambas as infeções. Por fim, expandimos o painel de citometria de fluxo, tirando proveito da tecnologia de citometria de fluxo espectral, e testando-o em dois doentes crónicos infetados VIH−2 em tratamento, um vírus com uma doença atenuada comparado a VIH-1. Este novo painel permitiu a caracterização de monócitos e CDs circulantes com análises automatizadas e manuais.

Monocytes and dendritic cells (DCs) are crucial in the response to viral infections, starting and coordinating the inflammatory response and also activating the adaptive immune system components, subsequently having a determinant role in disease outcome. This work utilizes unsupervised and supervised approaches for flow cytometry data analysis, characterizing circulating monocyte and DC phenotype in patients infected by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and Human Immunodeficiency Virus(HIV).SARS-CoV-2 infection, the etiological agent of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19),can lead to rampant inflammatory response. Cytokine storm in COVID-19 worsens clinical symptoms. Patients developing severe disease have high case-fatality and require admission to intensive care units and respiratory support. Therefore, severe COVID-19 patients became the bottleneck for the management of the pandemic. Firstly, the aim of the present study was to profile circulating monocytes and DCs in the recovery of patients surviving severeCOVID−19. We revealed that the cell phenotype at discharge was characterized by increased immunomodulatory marker expression and accompanied by persistently high levels of immune regulatory cytokines. Another focus was acute HIV-1 infection. HIV-1 causes a chronic inflammation, progressively dysregulating the immune system responses. Early infection events are thought to be determinant for disease progression. However, data on these stages are scarce for the lack of clinical manifestations, causing difficulties in early detection. We studied the phenotype of circulating monocytes and DCs in an acute HIV-1 patient in comparison to a cohort of SARSCoV-2 infected patients. In this new analysis, we revealed that Slan+ non-classical monocyte depletion was shared by both acute infections. Finally, the flow-cytometry panel was expanded, taking advantage of a state-of-the-art spectral flow cytometer, testing it on two chronic HIV-2 patients. HIV-2 displays an attenuated disease without treatment compared to HIV-1. The new panel allowed to assess the phenotype of circulating monocytes and dendritic cells.