Nature immunoloy | 新冠肺炎患者的单细胞免疫图谱

生信菜鸟团

发布于 2020-08-21 15:49:39

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发布于 2020-08-21 15:49:39

原文题目为：Single-cell landscape of immunological responses in patients with COVID-19

在新冠肺炎中，疾病的严重程度和宿主免疫应答的关系仍未清楚。该团队对5例健康人和13例新冠肺炎病人的外周血进行了单细胞测序。通过确定免疫细胞的转录谱，结合组装好的T细胞受体和B细胞受体序列，分析免疫细胞的功能特性。新冠肺炎患者的大部分细胞类型展现出了强有力的干扰素α反应和急性免疫反应。另外，高细胞毒性效应T细胞亚群如CD4+效应因子- gnly、CD8+效应因子- gnly和NKT CD160的强化扩增与中度患者的恢复期相关。在重症患者中，免疫特征表现为干扰素反应紊乱，严重的免疫衰竭，T细胞受体库倾斜和广泛的T细胞扩张。这些发现说明了疾病进展过程中免疫反应的动态性质。

结果

外周免疫细胞的单细胞转录谱

用10X技术对13例COVID-19患者（中度、重度和恢复期）和5例健康人的外周血进行单细胞测序。同样对每个受试者进行单细胞T细胞受体(TCR)和B细胞受体(BCR)测序。共获得122,542个细胞。所有高质量的细胞被整合到一个未成批和可比较的数据集，并在校正读取深度和线粒体读取计数后进行主成分分析。

基于聚类使用UMAP获得了14个主要细胞类型及亚群并标记。这些细胞包括幼稚T (naive T)细胞(CD3+CCR7+)、活化T细胞(CD3+PRF1+)，粘膜相关的不变T(MAIT)细胞(SLC4A10+TRAV1-2+)、(TRGV9+TRDV2+)、(增殖T (pro T)细胞(CD3+MKI67+)、自然杀伤(NK)细胞(KLRF1+)、B细胞(MS4A1+)、浆B细胞(MZB1+)、CD14+单核细胞(CD14+ mono);LYZ+CD14+)、CD16+单核细胞(CD16+单核细胞;LYZ+FCGR3A+)，单核细胞来源的树突状细胞(单核细胞)DCs;CD1C+)、浆细胞样树突状细胞(pDCs;LILRA4 +),血小板(PPBP+)和造血干细胞(HSCs)CYTL1 + GATA2 +)。故此，该研究明确了外周血的细胞亚群组成。

不同疾病状态的细胞组成差异

为了明确中度、中度和恢复期肺炎及对照组的细胞组成差异，该研究对每个样本14个细胞亚群的相对比例进行了计算。活化的T细胞群的相对百分比在中度患者中达到高峰，即使在恢复期也没有恢复到正常水平。值得注意的是，幼稚T细胞、MAIT细胞和mono DCs的相对丰值随病情严重程度下降，而恢复期患者的T细胞、MAIT细胞和mono DCs随后恢复。

接下来，为了研究SARS-CoV-2感染期间的抗病毒和致病性免疫应答，该研究评估了四种主要细胞类型中两种重要通路(GO术语:干扰素(IFN)-促癌反应和急性炎症反应)的表达水平。发现新冠肺炎患者外周血中主要细胞亚群对IFN-α的反应一致且显著的上调，在重症患者中，几乎所有主要细胞类型中均显示最高值。

在先天免疫细胞中观察到强烈的干扰素反应

为了进一步研究SARS-CoV-2感染后先天免疫细胞的转录组变化，我们比较了中度或重度与对照组的CD14+和CD16+单核细胞的表达情况，发现显著差异表达基因参与了干扰素反应、骨髓白细胞激活,细胞因子的产生和核转录因子NF -κB信号通路。自然杀伤细胞的差异表达基因也同样表现出了类似的

通路情况，表明先天免疫细胞对SARS-CoV-2感染的反应是一致的。

COVID-19患者T细胞亚群的特征

为了进一步探究T细胞亚群的特征，该研究根据T细胞marker基因的表达和分布，对T细胞亚群进行进一步分群，共获得了12个亚群，包括CD4+ T细胞(CD3E+CD4+)的6种亚型、CD8+ T细胞的3种亚型(CD3E+CD8A+)和3种NKT细胞亚型(CD3E + CD4-CD8A-TYROBP +)。

在CD4+ T细胞的6个亚型中，除了naive CD4+ (CD4+ naive) T 细胞(CCR7+SELL+), memory CD4+ (CD4+ memory) T 细胞(S100A4+GPR183+), effector memory CD4+ (CD4+ effector memory) T 细胞 (S100A4+GPR183+GZMA+) 和 regulatory T (Treg) cell (FOXP3+IL2RA+) 亚型，该研究还定义了两种新的CD4+效应T细胞亚型：CD4+ effector-GZMK and CD4+ effector-GNLY，后者高表达细胞毒性相关基因如NKG7, GZMA, GZMB, GZMH 和GNLY，而前者高表达GZMK基因且低表达其他细胞毒性相关基因。

COVID-19患者T细胞克隆扩增和V(D)J基因的首选使用

COVID-19患者B细胞亚群的特征

对B细胞亚群进行进一步分群，获得了一个 naive B 亚型 (MS4A1+IGHD+), 一个memory B 亚型(MS4A1+CD27+), 一个intermediate transition memory B 亚型 (intermediate memory B; IGHD+CD27+), one germinal center B 亚型 (MS4A1+NEIL1+) 和两个 plasma亚型：plasma B (MZB1+CD38+) and dividing plasma B (MZB1+CD38+MKI67+)。