Features of lymphocytes subsets and cytokines in peripheral blood of patients with coronavirus disease 2019 during early phase

doi:10.3877/cma.j.issn.1674-1358.2021.03.007

Abstract

Abstract:

Objective

To investigate the immunological features from peripheral blood of patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19) in early phase (within 14 days after symptom onset), and its association with the severity of disease.

Methods

Total of 98 patients with COVID-19 in Guangzhou Eighth People’s Hospital, Guangzhou Medical University from January to March 2020 were included. The features of patients of lymphocytes [CD4+ T, CD8+ T, B, natural killer (NK), NKT and Treg cells] and cytokines [interleukin (IL)-2, IL-4, IL-6, IL-10, tumor necrosis factor-α and interferon-γ] were analyzed in early phase, and also their associations with the severity of disease were evaluated. The nonparametric data such as age, days after symptom onset, levels of white blood cells, neutrophil, lymphocytes, lymphocytes subsets and cytokines were analyzed by Kruskal-Wallis test. The categorical variables such as sex, complications, smoke, exposure to Wuhan, family members infected, symptoms, abnormal frequency of laboratory test were analyzed by Pearson’s chi-squared test or Fisher’s exact test. The independent risk factors associated with the severity of disease were analyzed by Logistical regression analysis.

Results

Patients were divided into three groups according to the relevant diagnostic criteria: the mild group (17 cases), the normal group (73 cases) and the severe group (8 cases). Decreased CD4+ T cells, CD8+ T cells and B cells were found in 55.1% (54/98), 40.8% (40/98) and 11.8% (10/85) patients, respectively. The levels of CD4+ T cells (P = 0.010), CD8+ T cells (P = 0.003) and B cells (P = 0.022) were significantly different among the three groups, with the lowest levels in the severe group. The levels of IL-6 (P = 0.001) were different among three groups, with the highest levels in the severe group. Levels of other lymphocytes and cytokines were similar, without significant differences (all P > 0.05). Increased level of IL-6 (OR = 12.277, P = 0.024) was independently associated with pneumonia, and age over 50 years old (OR = 21.823, P = 0.030) was independently associated with the severe case by Logistic regression analysis.

Conclusion

The cellular and humoral immune response was significantly destroyed of patients with COVID-19 in early phase, which was significantly associated with the progression of disease.

Key words: Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, Acute phase, Immunology, Interleukin-6

Baolin Liao, Haiyan Shi, Yanxia Liu, Han Zhao, Qian Jiao, Liya Li, Xin Wang, Yi Cao, Haolan He. Features of lymphocytes subsets and cytokines in peripheral blood of patients with coronavirus disease 2019 during early phase[J]. Chinese Journal of Experimental and Clinical Infectious Diseases(Electronic Edition), 2021, 15(03): 182-188.

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Figures/Tables 5

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指标	轻型组（17例）	普通型组（73例）	重型组（8例）	统计值	P值
男性[例（%）]	11（64.7）	43（58.9）	8（100.0）	χ²= 5.258	0.072^*
年龄[M（P25，P75），岁]	25（21，33）	38（23，50）	58（52，73）	Z = 22.225	< 0.001
起病时间[M（P25，P75），d]	3（2，4）	5（2，7）	6.5 （1，11）	Z = 3.298	0.192
基础疾病[例（%）]	1（5.9）	17（23.3）	4（50.0）	—	0.052^#
吸烟[例（%）]	1（5.9）	9（12.3）	2（25.0）	—	0.353^#
武汉流行病学史[例（%）]	2（11.8）	6（8.2）	1（12.5）	—	0.573^#
家庭成员被感染[例（%）]	2（11.8）	14（19.2）	2（25.0）	—	0.799^#
发热[例（%）]	6（35.3）	33（45.2）	8（100.0）	—	0.005^#
干咳[例（%）]	6（35.3）	29（39.7）	3（37.5）	—	0.938^#
咳痰[例（%）]	5（29.4）	25（34.2）	6（75.0）	χ²= 5.627	0.060^*
咽痛[例（%）]	3（17.6）	14（19.2）	1（12.5）	—	1.000^#
乏力[例（%）]	3（17.6）	22（30.1）	4（50.0）	—	0.258^#
腹泻[例（%）]	1（5.9）	5（6.8）	1（12.5）	—	0.616^#
气促[例（%）]	1（5.9）	6（8.2）	4（50.0）	—	0.011^#
胸闷[例（%）]	1（5.9）	8（11.0）	1（12.5）	—	1.000^#
头痛[例（%）]	4（23.5）	9（12.3）	1（12.5）	—	0.478^#
肌肉痛[例（%）]	3（17.6）	11（15.1）	0（0）	—	0.624^#
胸痛[例（%）]	0（0）	2（2.7）	0（0）	—	1.000^#
纳差[例（%）]	2（11.8）	16（21.9）	3（37.5）	—	0.368^#
恶心[例（%）]	1（5.9）	4（5.5）	2（25.0）	—	0.140^#
呕吐[例（%）]	0（0）	2（2.7）	1（12.5）	—	0.297^#
白细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	5.5（4.3，7.2）	5.2（4.4，6.7）	5.2（4.5，6.2）	Z = 0.217	0.897
中性粒细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	3.7（2.4，4.9）	3.1（2.5，4.3）	3.9（3.2，5.3）	Z = 2.191	0.334
淋巴细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	1.6（1.3，2.0）	1.4（1.0，1.8）	1.0（0.5，1.1）	Z = 12.327	0.002
C-反应蛋白升高[例（%）]	0（0.0）	10（13.7）	6（75.0）	—	< 0.001^#
D二聚体升高[例（%）]	3（17.6）	27（42.2）^a	6（85.7）^c	—	0.006^#
降钙素原升高[例（%）]	5（29.4）	27（41.5）^b	7（100）^c	—	0.003^#

指标	轻型组（17例）	普通型组（73例）	重型组（8例）	统计值	P值
男性[例（%）]	11（64.7）	43（58.9）	8（100.0）	χ²= 5.258	0.072^*
年龄[M（P25，P75），岁]	25（21，33）	38（23，50）	58（52，73）	Z = 22.225	< 0.001
起病时间[M（P25，P75），d]	3（2，4）	5（2，7）	6.5 （1，11）	Z = 3.298	0.192
基础疾病[例（%）]	1（5.9）	17（23.3）	4（50.0）	—	0.052^#
吸烟[例（%）]	1（5.9）	9（12.3）	2（25.0）	—	0.353^#
武汉流行病学史[例（%）]	2（11.8）	6（8.2）	1（12.5）	—	0.573^#
家庭成员被感染[例（%）]	2（11.8）	14（19.2）	2（25.0）	—	0.799^#
发热[例（%）]	6（35.3）	33（45.2）	8（100.0）	—	0.005^#
干咳[例（%）]	6（35.3）	29（39.7）	3（37.5）	—	0.938^#
咳痰[例（%）]	5（29.4）	25（34.2）	6（75.0）	χ²= 5.627	0.060^*
咽痛[例（%）]	3（17.6）	14（19.2）	1（12.5）	—	1.000^#
乏力[例（%）]	3（17.6）	22（30.1）	4（50.0）	—	0.258^#
腹泻[例（%）]	1（5.9）	5（6.8）	1（12.5）	—	0.616^#
气促[例（%）]	1（5.9）	6（8.2）	4（50.0）	—	0.011^#
胸闷[例（%）]	1（5.9）	8（11.0）	1（12.5）	—	1.000^#
头痛[例（%）]	4（23.5）	9（12.3）	1（12.5）	—	0.478^#
肌肉痛[例（%）]	3（17.6）	11（15.1）	0（0）	—	0.624^#
胸痛[例（%）]	0（0）	2（2.7）	0（0）	—	1.000^#
纳差[例（%）]	2（11.8）	16（21.9）	3（37.5）	—	0.368^#
恶心[例（%）]	1（5.9）	4（5.5）	2（25.0）	—	0.140^#
呕吐[例（%）]	0（0）	2（2.7）	1（12.5）	—	0.297^#
白细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	5.5（4.3，7.2）	5.2（4.4，6.7）	5.2（4.5，6.2）	Z = 0.217	0.897
中性粒细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	3.7（2.4，4.9）	3.1（2.5，4.3）	3.9（3.2，5.3）	Z = 2.191	0.334
淋巴细胞计数[M（P25，P75），× 10⁹/L]	1.6（1.3，2.0）	1.4（1.0，1.8）	1.0（0.5，1.1）	Z = 12.327	0.002
C-反应蛋白升高[例（%）]	0（0.0）	10（13.7）	6（75.0）	—	< 0.001^#
D二聚体升高[例（%）]	3（17.6）	27（42.2）^a	6（85.7）^c	—	0.006^#
降钙素原升高[例（%）]	5（29.4）	27（41.5）^b	7（100）^c	—	0.003^#

指标		参考值	轻型组（17例）	普通型组（73例）	重型组（8例）	统计值	P值
CD4⁺T细胞
	CD4⁺T细胞计数（个/μl）	550～1 440	493（386，752）	562 （395，682）	320（252，446）	Z = 9.245	0.010
	CD4⁺T细胞计数下降[例（%）]		9（52.9）	37（50.7）	8（100.0）	—	0.021
	CD4⁺T细胞比例（%）	26～61	35.3（31.5，43.1）	37.8（33.7，43.7）	35.6（31.2，41.1）	Z = 1.805	0.406
	CD4⁺T细胞比例下降[例（%）]	26～61	1（5.9）	1（1.4）	1（12.5）	—	0.159
CD8⁺T细胞
	CD8⁺T细胞计数（个/μl）	320～1 250	430（321，534）	353（271，512）	209（135，281）	Z = 11.632	0.003
	CD8⁺T细胞计数下降[例（%）]	320～1 250	4（23.5）	29（39.7）	7（87.5）	—	0.008
	CD8⁺T细胞比例（%）	15～44	27.9（24.9，33.0）	26.1（21.1，31.5）	22.3（16.4，29.3）	Z = 2.904	0.234
	CD8⁺T细胞比例下降[例（%）]		0（0）	1（1.4）	1（12.5）	—	0.186
CD4⁺/CD8⁺T
	CD4⁺/CD8⁺T比值	1.4～2.0	1.3（1，1.6）	1.5（1.2，1.9）	1.8（1.2，2.4）	Z = 2.246	0.325
	CD4⁺/CD8⁺T比值下降[例（%）]		10（58.8）	30（41.4）	3（37.5）	—	0.394
B细胞
	B细胞计数（个/μl）	90～560	205（144，271）^a	145（110。217）^b	107（62。206）^d	Z = 7.652	0.022
	B细胞计数下降[例（%）]	90～560	0（0.0）^a	7（10.8）^b	3（42.9）^d	—	0.030
	B细胞比例（%）	5～18	12.0（11.2，16.8）^a	12.1（9.4，13.8）^b	9.7（5.7，16.7）^d	Z = 1.825	0.402
	B细胞比例下降[例（%）]		0（0.0）^a	2（3.1）^b	1（14.3）^d	—	0.284
NK细胞
	NK细胞计数（个/μl）	150～1 100	133（102，276）^a	191（133，316）^b	271（127，330）^d	Z = 2.762	0.251
	NK细胞计数下降[例（%）]		8（61.5）^a	22（33.8）^b	2（28.6）^d	—	0.174
	NK细胞比例（%）	7～40	11.8（5.6，19.3）^a	13.6（9.9，20.4）^b	25.1（15.9，34.1）^d	Z = 9.848	0.007
	NK细胞比例下降[例（%）]		4（30.8）^a	6（9.2）^b	0（0）^d	—	0.090
NKT细胞
	NKT细胞计数（个/μl）	40～300	27（24，46）^a	26（15，45）^b	13（11，30）^d	Z = 4.73	0.094
	NKT细胞比例下降[例（%）]		8（61.5）^a	44（67.7）^b	7（100.0）^d	—	0.188
	NKT细胞比例（%）	2～13	1.9（1.5，2.9）^a	1.9（1.2，2.9）^b	2（1.4，2.5）^d	Z = 0.360	0.835
	NKT细胞比例下降[例（%）]		7（53.8）^a	35（53.8）^b	3（42.9）^d	—	0.929
Treg细胞
	Treg细胞比例（%）	3～8	10.5（8.8，11.5）^a	9.3（7.3，11.2）^c	11.4（9.5，12.6）^d	Z = 3.517	0.172
	Treg细胞比例升高[例（%）]		12（92.3）^a	39（63.9）^c	6（85.7）^d	—	0.079

指标		参考值	轻型组（17例）	普通型组（73例）	重型组（8例）	统计值	P值
CD4⁺T细胞
	CD4⁺T细胞计数（个/μl）	550～1 440	493（386，752）	562 （395，682）	320（252，446）	Z = 9.245	0.010
	CD4⁺T细胞计数下降[例（%）]		9（52.9）	37（50.7）	8（100.0）	—	0.021
	CD4⁺T细胞比例（%）	26～61	35.3（31.5，43.1）	37.8（33.7，43.7）	35.6（31.2，41.1）	Z = 1.805	0.406
	CD4⁺T细胞比例下降[例（%）]	26～61	1（5.9）	1（1.4）	1（12.5）	—	0.159
CD8⁺T细胞
	CD8⁺T细胞计数（个/μl）	320～1 250	430（321，534）	353（271，512）	209（135，281）	Z = 11.632	0.003
	CD8⁺T细胞计数下降[例（%）]	320～1 250	4（23.5）	29（39.7）	7（87.5）	—	0.008
	CD8⁺T细胞比例（%）	15～44	27.9（24.9，33.0）	26.1（21.1，31.5）	22.3（16.4，29.3）	Z = 2.904	0.234
	CD8⁺T细胞比例下降[例（%）]		0（0）	1（1.4）	1（12.5）	—	0.186
CD4⁺/CD8⁺T
	CD4⁺/CD8⁺T比值	1.4～2.0	1.3（1，1.6）	1.5（1.2，1.9）	1.8（1.2，2.4）	Z = 2.246	0.325
	CD4⁺/CD8⁺T比值下降[例（%）]		10（58.8）	30（41.4）	3（37.5）	—	0.394
B细胞
	B细胞计数（个/μl）	90～560	205（144，271）^a	145（110。217）^b	107（62。206）^d	Z = 7.652	0.022
	B细胞计数下降[例（%）]	90～560	0（0.0）^a	7（10.8）^b	3（42.9）^d	—	0.030
	B细胞比例（%）	5～18	12.0（11.2，16.8）^a	12.1（9.4，13.8）^b	9.7（5.7，16.7）^d	Z = 1.825	0.402
	B细胞比例下降[例（%）]		0（0.0）^a	2（3.1）^b	1（14.3）^d	—	0.284
NK细胞
	NK细胞计数（个/μl）	150～1 100	133（102，276）^a	191（133，316）^b	271（127，330）^d	Z = 2.762	0.251
	NK细胞计数下降[例（%）]		8（61.5）^a	22（33.8）^b	2（28.6）^d	—	0.174
	NK细胞比例（%）	7～40	11.8（5.6，19.3）^a	13.6（9.9，20.4）^b	25.1（15.9，34.1）^d	Z = 9.848	0.007
	NK细胞比例下降[例（%）]		4（30.8）^a	6（9.2）^b	0（0）^d	—	0.090
NKT细胞
	NKT细胞计数（个/μl）	40～300	27（24，46）^a	26（15，45）^b	13（11，30）^d	Z = 4.73	0.094
	NKT细胞比例下降[例（%）]		8（61.5）^a	44（67.7）^b	7（100.0）^d	—	0.188
	NKT细胞比例（%）	2～13	1.9（1.5，2.9）^a	1.9（1.2，2.9）^b	2（1.4，2.5）^d	Z = 0.360	0.835
	NKT细胞比例下降[例（%）]		7（53.8）^a	35（53.8）^b	3（42.9）^d	—	0.929
Treg细胞
	Treg细胞比例（%）	3～8	10.5（8.8，11.5）^a	9.3（7.3，11.2）^c	11.4（9.5，12.6）^d	Z = 3.517	0.172
	Treg细胞比例升高[例（%）]		12（92.3）^a	39（63.9）^c	6（85.7）^d	—	0.079

细胞因子	参考值	轻型组（14例）	普通型组（66例）	重型组（8例）	统计值	P值
IL-2 [M（P25，P75），pg/ml]	0～5.71	0.8（0.5，1.1）	1.0（0.7，1.2）	0.9（0.7，1.5）^a	Z = 2.181	0.336
IL-2升高[例（%）]	0～5.71	0（0.0）	0（0.0）	0（0.0）^a	—	—
IL-4 [M（P25，P75），pg/ml]	0～2.80	1.6（1.2，2）	1.4（1.1，1.7）	1.5（1.0，2.0）^a	Z = 1.329	0.514
IL-4升高[例（%）]	0～2.80	0（0.0）	2（3.0）	0（0.0）^a	—	1.000
IL-6 [M（P25，P75），pg/ml]	0～5.30	3.3（2.3，5.1）	3.9（2.7，7.4）	17.7（6.4，33.0）	Z = 13.705	0.001
IL-6升高[例（%）]	0～5.30	1（7.1）	22（33.3）	7（87.5）	—	0.001
IL-10 [M（P25，P75），pg/ml]	0～4.91	3.3（2.3，4.1）	3.2（2.5，4.3）	3.8（3.3，5.3）^a	Z = 2.493	0.288
IL-10升高[例（%）]	0～4.91	1（7.1）	9（13.6）	2（28.6）^a	—	0.337
TNF-α [M（P25，P75），pg/ml]	0～2.31	1.2（1.0，1.5）	1.2（0.9，1.4）	1.3（1.2，1.4）^a	Z = 2.738	0.254
TNF-α升高[例（%）]	0～2.31	0（0.0）	1（1.5）	0（0.0）^a	—	1.000
IFN-γ [M（P25，P75），pg/ml]	0～7.42	1.1（1.0，1.3）	1.1 （0.9，1.8）	0.9（0.8，1.4）^a	Z = 0.989	0.610
IFN-γ升高[例（%）]	0～7.42	0（0.0）	2（3.0）	0（0.0）^a	—	1.000

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