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。
