黄志伟教授课题组揭示新冠肺炎重症和轻症患者的适应性免疫反应特征 2020/09/04 10:50
哈工大报讯（生命 文/图）8月14日，黄志伟教授课题组关于新冠肺炎的最新研究成果以《新冠肺炎重症和轻症患者对新冠病毒感染的适应性免疫反应》（Adaptive immune responses to SARS-CoV-2 infection in severe versus mild individuals）为题在线发表于《信号转导与靶向治疗》（Signal Transduction and Targeted Therapy）杂志。
截至2020年6月，SARS-CoV-2引起的全球范围的新冠肺炎疫情已经影响到800多万人，为了研究COVID-19患者针对SARS-CoV-2感染的适应性免疫反应机制及康复患者的免疫记忆建立情况，该团队首先应用单细胞转录组和免疫组（TCR/BCR）高通量测序数据，并结合功能实验对疾病严重程度不同的COVID-19患者（重症和轻症）外周血中适应性免疫细胞的响应机制进行了研究，揭示了T/B细胞针对SARS-CoV-2感染而进行的免疫组库重建特征，以及COVID-19诱导的外周血淋巴细胞亚群组成变化特征，发现了T细胞免疫记忆和B细胞体液免疫反应程度与疾病严重程度存在一定的正相关性，以及重症和轻症患者不同的免疫学变化特征（图一）。
该研究首先发现，相比于健康人，COVID-19患者表达细胞毒性分子（如GZMA、GZMB、PRF1、NKG7）的杀伤性T细胞亚群（CD8+效应记忆细胞（CD8+ TEM）、表达CD45RA的CD8+ TEM细胞亚群（CD8+ TTE）和CD4+TTE）的占比提高，表明这些杀伤性T细胞的增殖与COVID-19有关；同时发现COVID-19患者中的黏膜相关恒定T淋巴细胞（MAIT）显著减少；而SARS-CoV-2诱导的Gamma/delta T细胞消耗在恢复期患者中得到一定程度的恢复，但仍未完全恢复到正常水平，这些结果表明COVID-19患者的适应性免疫系统在康复早期并未得到完全恢复。
为了识别恢复期COVID-19患者中SARS-CoV-2特异性T细胞亚群，团队首先通过scRNA-seq和scTCR-seq研究不同T细胞亚群的克隆扩增情况，发现对SARS-CoV-2响应的主要T细胞亚群包括CD8+ TEM、CD8+ TTE和CD4+TTE。为了研究这些克隆扩增的T细胞亚群是否靶向新冠病毒，用来自新冠病毒的276条潜在的T细胞抗原表位多肽刺激轻、重症患者的T细胞，并检测其反应活性，发现康复期的COVID-19患者体内存在靶向S蛋白等新冠病毒蛋白的特异性记忆T细胞，且发现来自重症患者的样本表现出更强烈的特异性T细胞反应，表明相较于轻症患者，重症患者对于SARS-CoV-2具有更强的记忆T细胞反应性。
在B细胞免疫反应方面，通过整合B细胞转录组和BCR免疫组测序数据，发现在重症患者中具有更明显的BCR克隆扩增，相比于正常人和轻症患者浆细胞占比更高，并且由B细胞介导的免疫通路和补体激活通路发生上调，这些结果说明更强烈的体液免疫反应是重症患者的典型特点。
进一步评估早期康复患者适应性免疫系统的恢复情况，发现在所有康复患者的大部分T/B细胞中未检测到促炎细胞因子的明显表达，表明在COVID-19患者的康复早期促炎细胞因子可能已经恢复到正常水平。值得注意的是，有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路（FOS、JUN、JUNB和DUSP1）的表达在所有COVID-19康复患者中均受到抑制，这也与之前的报道发现一致。
此外，本研究还发现了不同COVID-19患者的抗病毒反应存在很大的异质性，同时也提示了不同个体存在不同的抗病毒反应机制的可能性，给后续更大规模的队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型干扰素（IFN）信号通路在SARS-CoV-2或SARS-CoV感染中发挥重要作用。而在本研究中，仅在1例危重症感染病例和1例轻度感染病例中检测到T细胞IFN应答，这种IFN应答的异质性表明在SARS-CoV-2感染过程中T细胞IFN通路的激活及其与临床表型和抗病毒免疫反应之间的关系仍有待进一步阐明。在一例年轻的重症病人（44岁）中还发现了IGHV4-34 BCR克隆的高度扩增，而这种克隆型很少出现在健康个体的IgG记忆性B细胞中，且有研究表明其与一些自身免疫性疾病相关，提示由病毒感染诱发的自身免疫反应也可能是产生重症表型的一个可能原因。
这项研究对于理解重症和轻症患者的发病和康复机制，以及设计防治SARS-CoV-2感染的疫苗和治疗药物具有重要意义。
黄志伟教授为该研究论文的通讯作者，生命学院副教授张帆、硕士研究生甘锐、博士研究生甄梓期、黑龙江省医院感染科主任胡晓丽为该研究论文的并列第一作者，博士研究生李想和周凤侠对本研究做出了重要贡献。本研究受到国家自然科学基金委、哈工大青年科学家工作室、哈工大新型冠状病毒肺炎疫情应急科研攻关项目等基金的资助。
图一 COVID-19患者针对SARS-CoV-2感染的适应性免疫反应及免疫记忆建立情况