Cynomolgus macaques naturally infected with Trypanosoma cruzi-I exhibit an overall mixed pro-inflammatory/modulated cytokine signature characteristic of human Chagas disease.

BACKGROUND: Non-human primates have been shown to be useful models for Chagas disease. We previously reported that natural T. cruzi infection of cynomolgus macaques triggers clinical features and immunophenotypic changes of peripheral blood leukocytes resembling those observed in human Chagas disease. In the present study, we further characterize the cytokine-mediated microenvironment to provide supportive evidence of the utility of cynomolgus macaques as a model for drug development for human Chagas disease. METHODS AND FINDINGS: In this cross-sectional study design, flow cytometry and systems biology approaches were used to characterize the ex vivo and in vitro T. cruzi-specific functional cytokine signature of circulating leukocytes from TcI-T. cruzi naturally infected cynomolgus macaques (CH). Results showed that CH presented an overall CD4+-derived IFN-γ pattern regulated by IL-10-derived from CD4+ T-cells and B-cells, contrasting with the baseline profile observed in non-infected hosts (NI). Homologous TcI-T. cruzi-antigen recall in vitro induced a broad pro-inflammatory cytokine response in CH, mediated by TNF from innate/adaptive cells, counterbalanced by monocyte/B-cell-derived IL-10. TcIV-antigen triggered a more selective cytokine signature mediated by NK and T-cell-derived IFN-γ with modest regulation by IL-10 from T-cells. While NI presented a cytokine network comprised of small number of neighborhood connections, CH displayed a complex cross-talk amongst network elements. Noteworthy, was the ability of TcI-antigen to drive a complex global pro-inflammatory network mediated by TNF and IFN-γ from NK-cells, CD4+ and CD8+ T-cells, regulated by IL-10+CD8+ T-cells, in contrast to the TcIV-antigens that trigger a modest network, with moderate connecting edges. CONCLUSIONS: Altogether, our findings demonstrated that CH present a pro-inflammatory/regulatory cytokine signature similar to that observed in human Chagas disease. These data bring additional insights that further validate these non-human primates as experimental models for Chagas disease.

Phenotypic Features of Circulating Leukocytes from Non-human Primates Naturally Infected with Trypanosoma cruzi Resemble the Major Immunological Findings Observed in Human Chagas Disease.

BACKGROUND: Cynomolgus macaques (Macaca fascicularis) represent a feasible model for research on Chagas disease since natural T. cruzi infection in these primates leads to clinical outcomes similar to those observed in humans. However, it is still unknown whether these clinical similarities are accompanied by equivalent immunological characteristics in the two species. We have performed a detailed immunophenotypic analysis of circulating leukocytes together with systems biology approaches from 15 cynomolgus macaques naturally infected with T. cruzi (CH) presenting the chronic phase of Chagas disease to identify biomarkers that might be useful for clinical investigations. METHODS AND FINDINGS: Our data established that CH displayed increased expression of CD32+ and CD56+ in monocytes and enhanced frequency of NK Granzyme A+ cells as compared to non-infected controls (NI). Moreover, higher expression of CD54 and HLA-DR by T-cells, especially within the CD8+ subset, was the hallmark of CH. A high level of expression of Granzyme A and Perforin underscored the enhanced cytotoxicity-linked pattern of CD8+ T-lymphocytes from CH. Increased frequency of B-cells with up-regulated expression of Fc-γRII was also observed in CH. Complex and imbricate biomarker networks demonstrated that CH showed a shift towards cross-talk among cells of the adaptive immune system. Systems biology analysis further established monocytes and NK-cell phenotypes and the T-cell activation status, along with the Granzyme A expression by CD8+ T-cells, as the most reliable biomarkers of potential use for clinical applications. CONCLUSIONS: Altogether, these findings demonstrated that the similarities in phenotypic features of circulating leukocytes observed in cynomolgus macaques and humans infected with T. cruzi further supports the use of these monkeys in preclinical toxicology and pharmacology studies applied to development and testing of new drugs for Chagas disease.

Análise da diversidade do repertório de células T na Doença de Chagas humana aguda e crônica

Na fase aguda da infecção experimental em camundongos com Trypanosoma cruzi, ocorre expansão policlonal de células T expressando, preferencialmente, regiões variáveis beta (V e s)8 e 14 em seu receptor de células T (TCR)(Leite de Moraes et. al., 1994). Neste trabalho, avaliamos o repertório de células T CD4+ e CD8+ no sangue periférico de indivíduos chagásicos, através da análise da expressão de regiões V e s do TCR (TCR-V e s2, 3.1, 5, 8 e 17), por citometria de fluxo. Determinamos a expressão de regiões V e s em células isoladas a fresco dos pacientes agudos e crônicos e após estímulo in vitro de células de pacientes crônicos com antígenos derivados das formas epimastigota (EPI) ou tripomastigota (TRIPO) do T. cruzi. Análise da expressão de TCR-V e s em células isoladas a fresco dos pacientes chagásicos mostrou uma diminuição na frequência da população CD4+V e s5+ em pacientes agudos. Esta mesma população celular apresentou-se aumentada em pacientes crônicos cardíacos. Observamos que EPI E TRIPO induziram uma expansão preferencial in vitro de células T CD4+V e s5+.

Com o objetivo de amplificar o repertório de células específicas para antígenos derivados do parasita, cultivamos células mononucleares de sangue periférico (CMSP) de pacientes crônicos, indeterminados ou cardíacos, com EPI ou TRIPO. Nossos resultados mostraram que ambos os estímulos levaram uma expansão preferencial de células CD4+V e s+ em culturas de células provenientes de pacientes indeterminados ou cardíacos. EPI também induziu uma expansão de células CD8+V e s+, enquanto TRIPO levou a uma expansão desta população celular apenas se as células utilizadas nas culturas fossem provenientes de pacientes cardíacos. Observamos ainda que TRIPO levou a um aumento na frequência de células CD4+V e s17+ em culturas de células provenientes de pacientes indeterminados, enquanto que esse mesmo estímulo levou a um aumento na frequência deste aumento observado na frequência de células V e s17+ após estímulo com TRIPO (aproximadamente 10 por cento, em média), esta preparação antigênica levou a uma expansão muito mais elevada de células T expressando V e s5 (aproximadamente 60 por cento, em média). Estes resultados mostram que antígenos derivados do parasista estimulam uma porção do repertório de células T com uso preferencial de V e s5, sugerindo a presença de peptídeos dominantes ou superantígenos nas preparações antigênicas utilizadas

Análise da diversidade do repertório de células T na Doença de Chagas humana aguda e crônica / Analysis of the diversity of the repertoire of T cells in Chagas disease of acute and chronic wounds

Na fase aguda da infecção experimental em camundongos com Trypanosoma cruzi, ocorre expansão policlonal de células T expressando, preferencialmente, regiões variáveis beta (V e s)8 e 14 em seu receptor de células T (TCR)(Leite de Moraes et. al., 1994). Neste trabalho, avaliamos o repertório de células T CD4+ e CD8+ no sangue periférico de indivíduos chagásicos, através da análise da expressão de regiões V e s do TCR (TCR-V e s2, 3.1, 5, 8 e 17), por citometria de fluxo. Determinamos a expressão de regiões V e s em células isoladas a fresco dos pacientes agudos e crônicos e após estímulo in vitro de células de pacientes crônicos com antígenos derivados das formas epimastigota (EPI) ou tripomastigota (TRIPO) do T. cruzi. Análise da expressão de TCR-V e s em células isoladas a fresco dos pacientes chagásicos mostrou uma diminuição na frequência da população CD4+V e s5+ em pacientes agudos. Esta mesma população celular apresentou-se aumentada em pacientes crônicos cardíacos. Observamos que EPI E TRIPO induziram uma expansão preferencial in vitro de células T CD4+V e s5+.

Com o objetivo de amplificar o repertório de células específicas para antígenos derivados do parasita, cultivamos células mononucleares de sangue periférico (CMSP) de pacientes crônicos, indeterminados ou cardíacos, com EPI ou TRIPO. Nossos resultados mostraram que ambos os estímulos levaram uma expansão preferencial de células CD4+V e s+ em culturas de células provenientes de pacientes indeterminados ou cardíacos. EPI também induziu uma expansão de células CD8+V e s+, enquanto TRIPO levou a uma expansão desta população celular apenas se as células utilizadas nas culturas fossem provenientes de pacientes cardíacos. Observamos ainda que TRIPO levou a um aumento na frequência de células CD4+V e s17+ em culturas de células provenientes de pacientes indeterminados, enquanto que esse mesmo estímulo levou a um aumento na frequência deste aumento observado na frequência de células V e s17+ após estímulo com TRIPO (aproximadamente 10 por cento, em média), esta preparação antigênica levou a uma expansão muito mais elevada de células T expressando V e s5 (aproximadamente 60 por cento, em média). Estes resultados mostram que antígenos derivados do parasista estimulam uma porção do repertório de células T com uso preferencial de V e s5, sugerindo a presença de peptídeos dominantes ou superantígenos nas preparações antigênicas utilizadas.