SARS-CoV-2 is a novel coronavirus, not encountered before by humans. The wide spectrum of clinical expression of SARS-CoV-2 illness suggests that individual immune responses to SARS-CoV-2 play a crucial role in determining the clinical course after first infection. Immunological studies have focused on patients with moderate to severe disease, demonstrating excessive inflammation in tissues and organ damage. In order to understand the basis of the protective immune response in COVID-19, we performed a longitudinal follow-up, flow-cytometric and serological analysis of innate and adaptive immunity in 64 adults with a spectrum of clinical presentations: 28 healthy SARS-CoV-2-negative contacts of COVID-19 cases; 20 asymptomatic SARS-CoV-2-infected cases; eight patients with Mild COVID-19 disease and eight cases of Severe COVID-19 disease. Our data show that high frequency of NK cells and early and transient increase of specific IgA, IgM and, to a lower extent, IgG are associated with asymptomatic SARS-CoV-2 infection. By contrast, monocyte expansion and high and persistent levels of IgA and IgG, produced relatively late in the course of the infection, characterize severe disease. Modest increase of monocytes and different kinetics of antibodies are detected in mild COVID-19. The importance of innate NK cells and the short-lived antibody response of asymptomatic individuals and patients with mild disease suggest that only severe COVID-19 may result in protective memory established by the adaptive immune response.

Memory B cells (MBCs) epitomize the adaptation of the immune system to the environment. We identify two MBC subsets in peripheral blood, CD27dull and CD27bright MBCs, whose frequency changes with age. Heavy chain variable region (VH) usage, somatic mutation frequency replacement-to-silent ratio, and CDR3 property changes, reflecting consecutive selection of highly antigen-specific, low cross-reactive antibody variants, all demonstrate that CD27dull and CD27bright MBCs represent sequential MBC developmental stages, and stringent antigen-driven pressure selects CD27dull into the CD27bright MBC pool. Dynamics of human MBCs are exploited in pregnancy, when 50% of maternal MBCs are lost and CD27dull MBCs transit to the more differentiated CD27bright stage. In the postpartum period, the maternal MBC pool is replenished by the expansion of persistent CD27dull clones. Thus, the stability and flexibility of human B cell memory is ensured by CD27dull MBCs that expand and differentiate in response to change.

Around 65% of primary immunodeficiencies are antibody deficiencies. Functional tests are useful tools to study B-cell functions in vitro. However, no accepted guidelines for performing and evaluating functional tests have been issued yet. Here, we report our experience on the study of B-cell functions in infancy and throughout childhood. We show that T-independent stimulation with CpG measures proliferation and differentiation potential of memory B cells. Switched memory B cells respond better than IgM memory B cells. On the other hand, CD40L, a T-dependent stimulus, does not induce plasma cell differentiation, but causes proliferation of naïve and memory B cells. During childhood, the production of plasmablasts in response to CpG increases with age mirroring the development of memory B cells. The response to CD40L does not change with age. In patients with selective IgA deficiency (SIgAD), we observed that switched memory B cells are reduced due to the absence of IgA memory B cells. In agreement, IgA plasma cells are not generated in response to CpG. Unexpectedly, B cells from SIgAD patients show a reduced proliferative response to CD40L. Our results demonstrate that functional tests are an important tool to assess the functions of the humoral immune system.

Background: B-1a B cells and gut secretory IgA (SIgA) are absent in asplenic mice. Human immunoglobulin M (IgM) memory B cells, which are functionally equivalent to mouse B-1a B cells, are reduced after splenectomy. Objective: To demonstrate whether IgM memory B cells are necessary for generating IgA-secreting plasma cells in the human gut. Methods: We studied intestinal SIgA in two disorders sharing the IgM memory B cell defect, namely asplenia, and common variable immune deficiency (CVID). Results: Splenectomy was associated with reduced circulating IgM memory B cells and disappearance of intestinal IgA-secreting plasma cells. CVID patients with reduced circulating IgM memory B cells had a reduced frequency of gut IgA+ plasma cells and a disrupted film of SIgA on epithelial cells. Toll-like receptor 9 (TLR9) and transmembrane activator and calcium-modulator and cyclophilin ligand interactor (TACI) induced IgM memory B cell differentiation into IgA+ plasma cells in vitro. In the human gut, TACI-expressing IgM memory B cells were localized under the epithelial cell layer where the TACI ligand a proliferation inducing ligand (APRIL) was extremely abundant. Conclusions: Circulating IgM memory B cell depletion was associated with a defect of intestinal IgA-secreting plasma cells in asplenia and CVID. The observation that IgM memory B cells have a distinctive role in mucosal protection suggests the existence of a functional gut-spleen axis.

IGH repertoires from sorted naive, CD27dull and CD27bright MBCs at the second (Trim2) and third trimester (Trim3) of pregnancy and three months after delivery from three donors.

IGH repertoires of naive B cells, CD27dull and CD27bright MBCs sorted from PB samples of 4 HD. (aged 37 to 57 years)

Background In early infected or severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients, circulating NK cells are consistently reduced, despite being highly activated or exhausted. The aim of this paper was to establish whether severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike glycoprotein (SP) may directly trigger NK cells and through which receptor(s). Methods SP-stimulated human NK cells have been evaluated for the expression of activation markers, cytokine release, and cytotoxic activity, as well as for gene expression profiles and NF-kB phosphorylation, and they have been silenced with specific small interfering RNAs. Results SPs from the Wuhan strain and other variants of concern (VOCs) directly bind and stimulate purified NK cells by increasing activation marker expression, cytokine release, and cytolytic activity, prevalently in the CD56 bright NK cell subset. VOC-SPs differ in their ability to activate NK cells, G614, and Delta-Plus strains providing the strongest activity in the majority of donors. While VOC-SPs do not trigger ACE2, which is not expressed on NK cells, or other activating receptors, they directly and variably bind to both Toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4. Moreover, SP-driven NK cell functions are inhibited upon masking such receptors or silencing the relative genes. Lastly, VOC-SPs upregulate CD56 dim NK cell functions in COVID-19 recovered, but not in non-infected, individuals. Conclusions TLR2 and TLR4 are novel activating receptors for SP in NK cells, suggesting a new role of these cells in orchestrating the pathophysiology of SARS-CoV-2 infection. The pathogenic relevance of this finding is highlighted by the fact that free SP providing NK cell activation is frequently detected in a SARS-CoV-2 inflamed environment and in plasma of infected and long-COVID‐19 subjects.