黃志偉教授課題組揭示新冠肺炎重症和輕症患者的適應性免疫反應特徵

2020-12-23 哈爾濱工業大學新聞網

哈工大報訊（生命 文/圖）8月14日，黃志偉教授課題組關於新冠肺炎的最新研究成果以《新冠肺炎重症和輕症患者對新冠病毒感染的適應性免疫反應》（Adaptive immune responses to SARS-CoV-2 infection in severe versus mild individuals）為題在線發表於《信號轉導與靶向治療》（Signal Transduction and Targeted Therapy）雜誌。

截至2020年6月，SARS-CoV-2引起的全球範圍的新冠肺炎疫情已經影響到800多萬人，為了研究COVID-19患者針對SARS-CoV-2感染的適應性免疫反應機制及康復患者的免疫記憶建立情況，該團隊首先應用單細胞轉錄組和免疫組（TCR/BCR）高通量測序數據，並結合功能實驗對疾病嚴重程度不同的COVID-19患者（重症和輕症）外周血中適應性免疫細胞的響應機制進行了研究，揭示了T/B細胞針對SARS-CoV-2感染而進行的免疫組庫重建特徵，以及COVID-19誘導的外周血淋巴細胞亞群組成變化特徵，發現了T細胞免疫記憶和B細胞體液免疫反應程度與疾病嚴重程度存在一定的正相關性，以及重症和輕症患者不同的免疫學變化特徵（圖一）。

該研究首先發現，相比於健康人，COVID-19患者表達細胞毒性分子（如GZMA、GZMB、PRF1、NKG7）的殺傷性T細胞亞群（CD8+效應記憶細胞（CD8+ TEM）、表達CD45RA的CD8+ TEM細胞亞群（CD8+ TTE）和CD4+TTE）的佔比提高，表明這些殺傷性T細胞的增殖與COVID-19有關；同時發現COVID-19患者中的黏膜相關恆定T淋巴細胞（MAIT）顯著減少；而SARS-CoV-2誘導的Gamma/delta T細胞消耗在恢復期患者中得到一定程度的恢復，但仍未完全恢復到正常水平，這些結果表明COVID-19患者的適應性免疫系統在康復早期並未得到完全恢復。

為了識別恢復期COVID-19患者中SARS-CoV-2特異性T細胞亞群，團隊首先通過scRNA-seq和scTCR-seq研究不同T細胞亞群的克隆擴增情況，發現對SARS-CoV-2響應的主要T細胞亞群包括CD8+ TEM、CD8+ TTE和CD4+TTE。為了研究這些克隆擴增的T細胞亞群是否靶向新冠病毒，用來自新冠病毒的276條潛在的T細胞抗原表位多肽刺激輕、重症患者的T細胞，並檢測其反應活性，發現康復期的COVID-19患者體內存在靶向S蛋白等新冠病毒蛋白的特異性記憶T細胞，且發現來自重症患者的樣本表現出更強烈的特異性T細胞反應，表明相較於輕症患者，重症患者對於SARS-CoV-2具有更強的記憶T細胞反應性。

在B細胞免疫反應方面，通過整合B細胞轉錄組和BCR免疫組測序數據，發現在重症患者中具有更明顯的BCR克隆擴增，相比於正常人和輕症患者漿細胞佔比更高，並且由B細胞介導的免疫通路和補體激活通路發生上調，這些結果說明更強烈的體液免疫反應是重症患者的典型特點。

進一步評估早期康復患者適應性免疫系統的恢復情況，發現在所有康復患者的大部分T/B細胞中未檢測到促炎細胞因子的明顯表達，表明在COVID-19患者的康復早期促炎細胞因子可能已經恢復到正常水平。值得注意的是，有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路（FOS、JUN、JUNB和DUSP1）的表達在所有COVID-19康復患者中均受到抑制，這也與之前的報導發現一致。

此外，本研究還發現了不同COVID-19患者的抗病毒反應存在很大的異質性，同時也提示了不同個體存在不同的抗病毒反應機制的可能性，給後續更大規模的隊列研究提出了更多的可能性。比如，有很多研究已表明I型和Ⅲ型幹擾素（IFN）信號通路在SARS-CoV-2或SARS-CoV感染中發揮重要作用。而在本研究中，僅在1例危重症感染病例和1例輕度感染病例中檢測到T細胞IFN應答，這種IFN應答的異質性表明在SARS-CoV-2感染過程中T細胞IFN通路的激活及其與臨床表型和抗病毒免疫反應之間的關係仍有待進一步闡明。在一例年輕的重症病人（44歲）中還發現了IGHV4-34 BCR克隆的高度擴增，而這種克隆型很少出現在健康個體的IgG記憶性B細胞中，且有研究表明其與一些自身免疫性疾病相關，提示由病毒感染誘發的自身免疫反應也可能是產生重症表型的一個可能原因。

這項研究對於理解重症和輕症患者的發病和康復機制，以及設計防治SARS-CoV-2感染的疫苗和治療藥物具有重要意義。

黃志偉教授為該研究論文的通訊作者，生命學院副教授張帆、碩士研究生甘銳、博士研究生甄梓期、黑龍江省醫院感染科主任胡曉麗為該研究論文的並列第一作者，博士研究生李想和周鳳俠對本研究做出了重要貢獻。本研究受到國家自然科學基金委、哈工大青年科學家工作室、哈工大新型冠狀病毒肺炎疫情應急科研攻關項目等基金的資助。

圖一 COVID-19患者針對SARS-CoV-2感染的適應性免疫反應及免疫記憶建立情況

文章連結：https://www.nature.com/articles/s41392-020-00263-y

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