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《国家肝癌科学中心等利用单细胞测序对处于恢复期的COVID-19患者进行免疫细胞分析》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2020-05-16

  • 国家肝癌科学中心等于5月4日在Cell Discovery上发表题为“Immune cell profiling of COVID-19 patients in the recovery stage by single-cell sequencing”的文章。
    文章指出，目前对于COVID-19患者病程中体内关键的免疫细胞亚群的变化及其状态仍不清楚。文章中，研究人员试图通过单细胞RNA测序技术全面表征COVID-19恢复期外周血单个核细胞的转录变化。结果发现，早期恢复期（ERS）COVID-19患者T细胞显着减少，而单核细胞增加。在ERS中，炎症基因表达较高的CD14++单核细胞的比例增加，同时CD14++IL1β+单核细胞的丰度也增加。CD4+T细胞和CD8+T细胞在ERS中明显减少，并且炎症基因的表达水平较高。在B细胞中，浆细胞显着增加，而初始B细胞减少。研究人员确定了几个新的B细胞受体（BCR）的变化，例如IGHV3-23和IGHV3-7，并确认了以前用于病毒疫苗开发的同型抗原（IGHV3-15、IGHV3-30和IGKV3-11）。最强的配对频率IGHV3-23-IGHJ4表示与SARS-CoV-2特异性相关的单克隆状态，而这一点尚未有报道。此外，综合分析预测，IL-1β和M-CSF可能是炎症风暴的新型候选靶基因，TNFSF13、IL-18、IL-2和IL-4可能有利于COVID-19患者的康复。作者指出，该研究提供了首个关于ERS炎症免疫信号的证据，提示COVID-19患者出院后仍易受感染。确定新的BCR信号通路可能有助于开发用于治疗COVID-19的疫苗和抗体。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41421-020-0168-9
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  • 《单细胞转录组测序数据分析COVID-19患者恢复期的免疫细胞》
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    • 编译者：苑晓梅
    • 发布时间：2020-05-28
    • 单细胞转录组数据：分别从10个COVID-19和5个健康个体中获得PBMC细胞后，进行单细胞转录组分析，同时分析了BCR和TCR，患者来自于恢复期患者。根据基因的特异性表达，将PBMC中的细胞分为三种来源的免疫细胞：髓系细胞、NK和T细胞以及B细胞。进一步对其进行划分，共计获得20种不同的免疫细胞cluster。 首先对三种大类免疫细胞在COVID-19患者中的变化进行分析，结果表明相对于健康个体，患者中髓系细胞的比例显著增加，NK和T细胞的比例降低，同时发现在恢复后期患者中B细胞以及NK和T细胞的比例高于恢复早期患者，但是髓系细胞的比例低于恢复早期患者。以上结果表明在感染患者PBMC中淋巴细胞和髓系细胞的比例具有显著的变化。同时作者分析了在感染前后不同免疫细胞的基因表达差异分析，结果表明在患者免疫细胞中炎症因子和趋化因子显著增加。 接下来作者对髓系细胞进行分析，根据特异性基因的表达，将髓系细胞分为6种细胞，分别命名为Classical CD14++ monocytes (M1)，non-classical CD16++ (FCGR3A) CD14−/+ monocytes (M2)，intermediate CD14++ CD16+ monocytes (M3)，CD1C+ cDC2 (M4), CLEC9A+ cDC1 (M5)和 pDC(CLEC4C+CD123+) (M6) 。接下来作者分别对比了不同髓系细胞在感染前后的变化，结果发现M1在恢复早期患者种显著高于健康个体，同时发现CD14+细胞中IL-1β和TNF显著增加。进一步发现在患者中促炎因子和干扰素刺激基因显著增加，但是一炎基因显著降低。同时对比了恢复前后期IL-1β的变化情况，结果表明在前期显著增加，后期降低。同时对M1高表达基因进行功能通路富集，发现与细胞因子信号和炎症因子激活相关。 接下来作者对NK细胞和T细胞进行分析，根据基因表达差异分析，将其分为 不同的10个细胞亚群，包括2种不同的NK细胞亚群和8种不同的T细胞。分别比较了在感染前后不同细胞亚群的变化情况，在患者中效应CD8+ T细胞核NK细胞显著降低，CD4+ T细胞比较稳定。接下来作者分析了在不同NK和T细胞中基因表达差异，发现在感染患者中炎症相关因子和干扰素刺激基因显著增加，与髓系细胞类似。同时根据TCR测序分析发现在恢复早期患者中T细胞的增殖显著降低。 接下来作者对PBMC中B细胞亚群进行分析，根据基因特异性表达，将B细胞分成4个不同的cluster，并根据基因表达进行定义，并对比了患者和健康个体之间的差异，发现浆细胞在患者中显著增加，但是naive B细胞显著降低。同时发现在恢复早期患者的MPB细胞中B细胞活化相关基因在感染患者中显著增加，在浆细胞和抗体分泌细胞中也存在相同的现象，说明抗体分泌细胞在病毒感染过程中发挥关键的功能。同样的，作者分析了不同B细胞亚群基因表达分析，发现相对于健康个体，患者中炎症因子显著增加。 最后作者研究在感染患者中PBMC中各种细胞之间的相互关系来分析以上发现的在患者中不同细胞亚群发生的变化。在感染患者中发现了单核细胞活化，增殖以及炎症相关的信号，同时发现T细胞-单核细胞之间的相互作用可能在提高患者免疫应答中发挥重要作用。
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  • 《COVID-19患者支气管肺泡免疫细胞的单细胞图谱》
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    • 编译者：苑晓梅
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    • 首先作者对3例中度COVID-19患者（M1-M3）、6例严重/危重COVID-19患者（S1-S6）、3例健康对照者（HC1-HC3）和1例公开的BALF（HC4）样本的BALF细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。通过聚类分析发现31个细胞亚群，包括巨噬细胞(CD68)、中性粒细胞(FCGR3B)、髓系树突状细胞(mDCs) (CD1C, CLEC9A)、浆细胞样树突状细胞(pDCs) (LILRA4)、NK细胞(KLRD1)、T细胞(CD3D)、B细胞(MS4A1)、浆细胞(IGHG4)和上皮细胞(TPPP3, KRT18)等细胞亚群，主要的细胞类型位为mDCs、pDCs、肥大细胞、NK细胞、T细胞和B细胞，每组中巨噬细胞均出现特异性性富集。重症COVID-19患者BALFs中巨噬细胞和中性粒细胞比例高于中度感染患者，而mDCs、pDCs和T细胞比例较低。 为了进一步分析巨噬细胞的异质性，对巨噬细胞进行了重新聚类。根据FCN1、SPP1和FABP4表达对巨噬细胞分为FCN1hi、FCN1loSPP1+、SPP1+和FABP4+四组。不同严重程度患者的巨噬细胞中FCN1、SPP1和FABP4的组成和表达均有较大差异，对照组和中度患者均高表达FABP4，而重症患者均高表达FCN1和SPP1。接下来，对不同巨噬细胞组进行DEG分析、GO分析和GSEA分析发现，第1组表达外周血单核细胞样标志物S100A8、FCN1、CD14，第2组表达高水平的趋化因子CCL2、CCL3、CXCL10等，1和2组基因表达提示为经典M1巨噬细胞；第3组表达了免疫调节基因A2M、GPR183和CCL13，以及促纤维化基因TREM2、TGFB1和SPP1，提示存在M2样巨噬细胞；第4组表达肺泡巨噬细胞AM基因FABP4、APOC1、MARCO和脂质代谢功能相关的基因。 接下来分析了T淋巴细胞和NK淋巴细胞亚群，结果发现重症患者中CD8+ T细胞比例较中度患者低，而增殖T细胞比例较高。随后通过单细胞T细胞受体测序（scTCR-seq）进一步分析T细胞克隆扩增，中度和重症患者CD8+ T细胞克隆扩增的细胞数量不同，中度患者的ZNF683+ CD8+ T细胞50%以上属于扩增克隆，与严重/危重感染的患者相比扩增指数较高。而重症患者BALFs中的CD8+ T细胞扩增较少，增殖较多，且存在更多表型上的差异；而中度患者的BALFs中，CD8+ T细胞效应因子比例更大，具有组织驻留和高度扩增的特征。 最后，作者检测了COVID-19患者BALF中的细胞因子和趋化因子的表达。重症患者的BALFs中有更高水平的炎性细胞因子，尤其是IL-8、IL-6和IL-1β，在scRNA-seq数据中，重症COVID-19患者的肺巨噬细胞中IL1β、IL6、TNF和各种趋化因子（CCL2、CCL3、CCL4和CCL7）表达水平较高，而中度COVID-19组中CXCL9、CXCL10和CXCL11水平均高于健康人群，CXCL16表达水平明显高于重症患者，而CXCL16产物能够于CXCR6结合，因此提示重症COVID-19感染患者的肺巨噬细胞可能通过CCR1和CXCR2募集炎性单核细胞细胞和中性粒细胞，从而促进局部炎症，而中度COVID-19感染患者的巨噬细胞通过参与CXCR3和CXCR6产生更多T细胞的趋化因子。
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