今年年初，新冠肺炎疫情在世界范圍內(nèi)快速暴發(fā)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到2020年8月11日，新冠肺炎在全球已導(dǎo)致累計(jì)近2000萬(wàn)確診病例和超過(guò)73萬(wàn)死亡病例，平均每天新增逾20萬(wàn)確診病例和4000死亡病例[1]。新冠肺炎在有些國(guó)家仍呈大流行趨勢(shì)，尚未得到有效控制，目前針對(duì)新冠肺炎還沒有特效藥物和疫苗。因此，揭示疾病進(jìn)程、闡明發(fā)病機(jī)制對(duì)臨床診治十分重要，尤其是對(duì)藥物和疫苗的研發(fā)尤為關(guān)鍵。

針對(duì)此科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心王福生院士團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心(BIOPIC)、生命科學(xué)學(xué)院白凡研究員團(tuán)隊(duì)開展合作研究，應(yīng)用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)全面揭示了輕中型、重型新冠肺炎患者及其從發(fā)病期到康復(fù)期機(jī)體整體免疫學(xué)變化特征、機(jī)制和規(guī)律。研究論文”Single-cell landscape of immunological responses in patients with COVID-19″于2020年8月12日，在線發(fā)表于國(guó)際免疫學(xué)著名期刊Nature Immunology上。

在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)來(lái)自13名新冠肺炎感染者的17例（輕中型7例，重型4例和康復(fù)期6例）外周血單個(gè)核細(xì)胞(Peripheral blood mononuclear cell, PBMC)樣本進(jìn)行高通量單細(xì)胞測(cè)序(圖一)，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組以及免疫組學(xué)數(shù)據(jù)，詳細(xì)描繪了新冠肺炎輕中型、重型和康復(fù)期患者的免疫反應(yīng)圖譜。

圖一：研究流程示意圖與PBMC免疫圖譜細(xì)胞類型

首先，研究人員通過(guò)整合健康人和新冠肺炎患者的樣本，一共獲得了122542個(gè)高質(zhì)量的單細(xì)胞數(shù)據(jù)。進(jìn)一步聚類識(shí)別出14種主要的細(xì)胞類群，包括T、B淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等(圖一)。通過(guò)與健康人對(duì)比，研究團(tuán)隊(duì)在新冠肺炎患者PBMC中發(fā)現(xiàn)了與特異性免疫應(yīng)答相關(guān)的細(xì)胞占比大幅度上升，如處于激活狀態(tài)和增殖狀態(tài)的T細(xì)胞以及漿細(xì)胞等；而處于未激活狀態(tài)下的T細(xì)胞(naive T)和單核細(xì)胞狀來(lái)源的樹突細(xì)胞(Mono DCs)等細(xì)胞相對(duì)健康人明顯下降，這提示新冠肺炎患者存在廣泛的免疫激活(圖二)。

盡管處于康復(fù)期的新冠肺炎患者的許多臨床指標(biāo)恢復(fù)正常，但是像naive T等細(xì)胞類群并沒有恢復(fù)到健康人的比例。接著為了探究SARS-CoV-2病毒感染導(dǎo)致的患者抗病毒免疫響應(yīng)情況，團(tuán)隊(duì)在進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，在新冠肺炎患者PBMC中，包括天然免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞等多種細(xì)胞類型均存在非常強(qiáng)烈的I型干擾素響應(yīng)以及較強(qiáng)的急性炎癥反應(yīng)。同時(shí)細(xì)胞凋亡和遷移能力也有所升高，并且這些現(xiàn)象在重型新冠肺炎患者中尤為明顯(圖二)。

圖二：PBMC各種細(xì)胞比例與細(xì)胞狀態(tài)比較

為了更加深入地探究適應(yīng)性免疫細(xì)胞的免疫特點(diǎn)，研究人員對(duì)T、B細(xì)胞主群進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和研究，揭示了T、B細(xì)胞亞群成分在健康人及新冠肺炎感染不同癥狀患者中的動(dòng)態(tài)變化、克隆擴(kuò)增特點(diǎn)等免疫反應(yīng)特征。首先研究人員將55655個(gè)T淋巴細(xì)胞細(xì)分為12個(gè)細(xì)胞亞群(圖三)。發(fā)現(xiàn)相比于健康人，處于未激活狀態(tài)的細(xì)胞類群比例在新冠肺炎患者中明顯下降，例如CD4+ Naive, CD4+ Memory, CD4+Effector Memory, Treg, CD8+ Naive 和 NKT Naive 亞群。即使在康復(fù)期，CD4+ Naive, CD8+Naive 和Treg 細(xì)胞亞群仍沒有恢復(fù)到健康人的水平。

然而，新冠肺炎患者的激活狀態(tài)T細(xì)胞比例明顯增加，包括CD4+ Effector-GNLY, CD8+Effector-GNLY, NKT CD56 和 NKT CD160 細(xì)胞亞群。特別地，研究人員發(fā)現(xiàn)了一群在輕中型患者中顯著的富集的特異性表達(dá)CD160的NKT細(xì)胞，這群NKT細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征與之前報(bào)道的可以有效抗病毒的gd NKT /Vδ1 T細(xì)胞類似[2-5]，提示這群細(xì)胞可能與SARS-CoV-2感染的疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。

通過(guò)對(duì)T細(xì)胞殺傷活性和耗竭狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，研究人員發(fā)現(xiàn)在輕中型患者中效應(yīng)T細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞殺傷毒性和更低的耗竭狀態(tài)。然而在重型新冠肺炎患者中效應(yīng)T細(xì)胞展現(xiàn)出更高的耗竭狀態(tài)(圖三)。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與免疫組TCR序列數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)相比健康人，新冠肺炎患者T細(xì)胞發(fā)生了明顯的克隆擴(kuò)增，克隆擴(kuò)增主要發(fā)生在效應(yīng)T細(xì)胞亞群CD4+ Effector-GNLY, CD8+Effector-GZMK和CD8+ Effector-GNLY中。并且輕中型新冠肺炎患者相比重型展現(xiàn)出更明顯有效的克隆擴(kuò)增(圖四)。以上結(jié)果提示，效應(yīng)T細(xì)胞比例和活性的增加以及有效的克隆擴(kuò)增等特點(diǎn)可能是輕中型新冠肺炎患者相比重型能更有效控制病毒的原因?！　?img alt="Nature immunoloy：新冠肺炎患者的單細(xì)胞免疫圖譜-肽度TIMEDOO" class="alignnone size-full wp-image-20908" src="data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7" width="1126" height="783" data-src="http://www.sdkeao.cn/wp-content/uploads/2020/09/15991135755972105.png" data-nclazyload="true" data-srcset="http://www.sdkeao.cn/wp-content/uploads/2020/09/15991135755972105.png 1126w, http://www.sdkeao.cn/wp-content/uploads/2020/09/15991135755972105-768x534.png 768w" data-sizes="(max-width: 1126px) 100vw, 1126px">

圖三：T細(xì)胞亞群比例變化與狀態(tài)比較

圖四：T細(xì)胞亞群克隆特征

針對(duì)B淋巴細(xì)胞，研究人員將11377個(gè)B淋巴細(xì)胞細(xì)分為6個(gè)細(xì)胞亞群(圖五)。相比健康人，新冠肺炎患者記憶B細(xì)胞亞群比例明顯低于健康人，而生發(fā)中心B細(xì)胞(Germinal Center B)、漿細(xì)胞(Plasma B)和處于增殖狀態(tài)下的漿細(xì)胞(Dividing Plasma B)亞群比例上升。特別是在重型患者中發(fā)現(xiàn)了更高比例的漿細(xì)胞和正在增殖的漿細(xì)胞。

在進(jìn)一步整合B細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與免疫組BCR序列數(shù)據(jù)之后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新冠肺炎重型患者的B淋巴細(xì)胞中存在IGHV和IGKJ等基因的使用偏好性和明顯克隆擴(kuò)增現(xiàn)象。尤其是漿細(xì)胞擴(kuò)增現(xiàn)象更為明顯(圖六)。以上結(jié)果提示體液免疫高度活化是重型患者的典型免疫響應(yīng)特點(diǎn)。

圖五：B細(xì)胞亞群鑒定和比例變化

圖六：B細(xì)胞亞群克隆特征

該研究基于高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)及配對(duì)的TCR/BCR序列數(shù)據(jù)，全面刻畫了在新冠肺炎感染不同癥狀患者中，先天性免疫細(xì)胞和T、B細(xì)胞亞群的動(dòng)態(tài)變化、克隆特點(diǎn)等免疫反應(yīng)特征。為進(jìn)一步理解、控制和攻克新冠肺炎疫情提供了寶貴的數(shù)據(jù)參考和資源。

解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心王福生院士和北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心(BIOPIC)、生命科學(xué)學(xué)院白凡研究員為本文的共同通訊作者。解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心張紀(jì)元博士、徐哲博士，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心(BIOPIC)、生命科學(xué)學(xué)院博士研究生王湘銘和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生邢旭東為本文的共同第一作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41590-020-0762-x

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來(lái)源：北京大學(xué)