Immunological responses to Plasmodium falciparum in African children and the influence of Epstein-Barr virus

Abstract

Factors underlying the susceptibility to severe malaria are still poorly understood, although the immunopathological effects of pro-inflammatory cytokines are clearly implicated. Epstein-Barr virus (EBV) and Plasmodium falciparum have overlapping geographical distributions in holoendemic regions of Sub-Saharan Africa and Papua New Guinea, and are thought to have causal interactions, particularly concerning the etiology of Burkitt’s lymphoma. Further, the acquisition of immune-mediated clinical protection in malaria has been associated with the development of a broad repertoire of antibody responses to P. falciparum blood-stages antigens including variant-surface antigens (VSA) inserted into the erythrocyte membrane. Whether concurrent infection with EBV may influence the production of protective antibodies to P. falciparum-derived VSA, or may modulate parasite antigen-specific cellular responses and/or play a role in susceptibility to severe malaria, are the questions addressed in the work presented here. Using real-time PCR we quantified EBV DNA in the peripheral blood of Gabonese children with either mild or severe P. falciparum malaria both before and after anti-malarial treatment. We found that, after treatment, EBV DNA loads as well as the proportion of children with EBV DNA declined considerably in the mild but increased consistently in the severe malaria group, significantly so when they were healthy and P. falciparum parasite-free (39% vs. 67% p=0.013). Furthermore, children with the highest EBV DNA loads had shorter delays to their first P. falciparum reinfections and suffered more malaria attacks. In addition, pre-treatment plasma IL-12 levels were lower in those with EBV DNA. These findings confirm EBV reactivation during acute P. falciparum malaria but show also that (i) EBV activity persists at a higher frequency in children with a history of severe malaria and (ii) high peripheral blood EBV DNA loads are associated with enhanced susceptibility to P. falciparum malaria and with altered pro-inflammatory cytokine activity.

Faktoren, die der Anfälligkeit für die Schwere Malaria zugrundeliegen, bleiben nach wie vor kaum verstanden, obwohl die immunopathologischen Auswirkungen von pro-inflammatorischen Zytokinen offenbar beteiligt sind. Epstein-Barr Virus (EBV) und Plasmodium falciparum weisen eine überlappende geographische Verbreitung in holoendemischen Regionen von Sub-Saharan Afrika and Papua New Guinea auf, und ihre Wechselwirkungen werden als hauptursächlich für die Entstehung von Burkitts Lymphoma vermutet. Ferner wurde der Erwerb immunologisch-klinischen Schutz gegen Malaria assoziiert mit der Entwicklung eines breiten Repertoires von Antikörperantworten gegen P. falciparum Blutstadienantigene, insbesondere gegen die "variant-surface antigens" (VSA), die in der Erythrozytenmembran integriert sind. Ob eine gleichzeitig bestehende Infektion mit Epstein-Barr Virus (EBV) die Bildung von immunschutzverleihenden Antikörpern gegen P. falciparum-spezifische VSA beeinflussen, die parasitenantigen-gerichtete zelluläre Immunantwort modulieren, und/oder eine Rolle in der Anfälligkeit für Schwere Malaria spielen kann, sind grundlegende Fragenstellungen dieser Forschungsarbeit. EBV DNA wurde mittels Echtzeit-PCR im peripheren Blut von Gabonesischen Kindern mit milder oder mit schwerer Malaria quantifiziert, vor und nach Malariabehandlung. Die Befunde zeigten, dass nach der Behandlung die Lasten an EBV DNA sowie das Zahlenverhältnis von EBV DNA-positiven Kindern in der Gruppe mit milder Malaria beträchtlich zurückgingen, aber in der Gruppe mit schwerer Malaria beständig zunahmen, und zwar signifikant, wenn die Kinder gesund und frei von P. falciparum Parasiten waren (39% vs. 67%, p=0.013). Zudem hatten Kinder mit den höchsten Lasten an EBV DNA die kürzesten Verzögerungszeiten bis zur ihrer ersten Reinfektionen mit P. falciparum und hatten häufigere Malariaanfälle. Außerdem war der Spiegel von Plasma IL-12 vor der Behandlung niedriger in EBV DNA-positiven Kindern. Diese Befunde bestätigen eine EBV Reaktivierung im Verlauf einer akuten P. falciparum Malaria, zeigen aber auch, dass (i) die Aktivität von EBV mit höherer Frequenz bei Kindern mit einer Geschichte von schwerer Malaria fortdauert, und (ii) die hohen Lasten an EBV DNA aus dem peripheren Blut mit verstärkter Anfälligkeit für P. falciparum Malaria und mit Abänderung der Aktivität pro-inflammatorischer Zytokine assoziiert sind.