BackgroundWhereas severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-specific antibody tests are increasingly being used to estimate the prevalence of SARS-CoV-2 infection, the determinants of these antibody responses remain unclear.ObjectivesOur aim was to evaluate systemic and mucosal antibody responses toward SARS-CoV-2 in mild versus severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases.MethodsUsing immunoassays specific for SARS-CoV-2 spike proteins, we determined SARS-CoV-2–specific IgA and IgG in sera and mucosal fluids of 2 cohorts, including SARS-CoV-2 PCR-positive patients (n = 64) and PCR-positive and PCR-negtive health care workers (n = 109).ResultsSARS-CoV-2–specific serum IgA titers in patients with mild COVID-19 were often transiently positive, whereas serum IgG titers remained negative or became positive 12 to 14 days after symptom onset. Conversely, patients with severe COVID-19 showed a highly significant increase of SARS-CoV-2–specific serum IgA and IgG titers after symptom onset. Very high titers of SARS-CoV-2–specific serum IgA were correlated with severe acute respiratory distress syndrome. Interestingly, some health care workers with negative SARS-CoV-2–specific serum antibody titers showed SARS-CoV-2–specific IgA in mucosal fluids with virus-neutralizing capacity in some cases. SARS-CoV-2–specific IgA titers in nasal fluids were inversely correlated with age.ConclusionsSystemic antibody production against SARS-CoV-2 develops mainly in patients with severe COVID-19, with very high IgA titers seen in patients with severe acute respiratory distress syndrome, whereas mild disease may be associated with transient production of SARS-CoV-2–specific antibodies but may stimulate mucosal SARS-CoV-2–specific IgA secretion. Whereas severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-specific antibody tests are increasingly being used to estimate the prevalence of SARS-CoV-2 infection, the determinants of these antibody responses remain unclear. Our aim was to evaluate systemic and mucosal antibody responses toward SARS-CoV-2 in mild versus severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases. Using immunoassays specific for SARS-CoV-2 spike proteins, we determined SARS-CoV-2–specific IgA and IgG in sera and mucosal fluids of 2 cohorts, including SARS-CoV-2 PCR-positive patients (n = 64) and PCR-positive and PCR-negtive health care workers (n = 109). SARS-CoV-2–specific serum IgA titers in patients with mild COVID-19 were often transiently positive, whereas serum IgG titers remained negative or became positive 12 to 14 days after symptom onset. Conversely, patients with severe COVID-19 showed a highly significant increase of SARS-CoV-2–specific serum IgA and IgG titers after symptom onset. Very high titers of SARS-CoV-2–specific serum IgA were correlated with severe acute respiratory distress syndrome. Interestingly, some health care workers with negative SARS-CoV-2–specific serum antibody titers showed SARS-CoV-2–specific IgA in mucosal fluids with virus-neutralizing capacity in some cases. SARS-CoV-2–specific IgA titers in nasal fluids were inversely correlated with age. Systemic antibody production against SARS-CoV-2 develops mainly in patients with severe COVID-19, with very high IgA titers seen in patients with severe acute respiratory distress syndrome, whereas mild disease may be associated with transient production of SARS-CoV-2–specific antibodies but may stimulate mucosal SARS-CoV-2–specific IgA secretion.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has a broad clinical presentation ranging from asymptomatic infection to fatal disease. Different features associated with the immune response to SARS-CoV-2, such as hyperinflammation and reduction of peripheral CD8 + T cell counts are strongly associated with severe disease. Here, we confirm the reduction in peripheral CD8 + T cells both in relative and absolute terms and identify T cell apoptosis and migration into inflamed tissues as possible mechanisms driving peripheral T cell lymphopenia. Furthermore, we find evidence of elevated serum interleukin-7, thus indicating systemic T cell paucity and signs of increased T cell proliferation in patients with severe lymphopenia. Following T cell lymphopenia in our pseudo-longitudinal time course, we observed expansion and recovery of poly-specific antiviral T cells, thus arguing for lymphopenia-induced T cell proliferation. In summary, this study suggests that extensive T cell loss and subsequent T cell proliferation are characteristic of severe COVID-19.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) manifests with a range of severities, but immune signatures of mild and severe disease are still not fully understood. Excessive inflammation has been postulated to be a major factor in the pathogenesis of severe COVID-19 and innate immune mechanisms are likely to be central in the inflammatory response. We used 40-plex mass cytometry and targeted serum proteomics to profile innate immune cell populations from peripheral blood of patients with mild or severe COVID-19 and healthy controls. Sampling at different stages of COVID-19 allowed us to reconstruct a pseudo-temporal trajectory of the innate immune response. Despite the expected patient heterogeneity, we identified consistent changes during the course of the infection. A rapid and early surge of CD169 + monocytes associated with an IFNγ + MCP-2 + signature quickly followed symptom onset; at symptom onset, patients with mild and severe COVID-19 had a similar signature, but over the course of the disease, the differences between patients with mild and severe disease increased. Later in the disease course, we observed a more pronounced re-appearance of intermediate/non-classical monocytes and mounting systemic CCL3 and CCL4 levels in patients with severe disease. Our data provide new insights into the dynamic nature of the early inflammatory response to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection and identifies sustained pathological innate immune responses as a likely key mechanism in severe COVID-19, further supporting investigation of targeted anti-inflammatory interventions in severe COVID-19.