大量細胞因子的釋放會導致COVID-19的某些癥狀加重。當大量的免疫細胞釋放細胞因子時,炎癥增加,并形成一個反饋循環,從而使得更多的免疫細胞受到激活,這種現象有時也被稱為細胞因子風暴(cytokine storm)。
來自美國哈佛大學和布萊根婦女醫院等研究機構的研究人員指出一些細胞因子在高濃度水平時也可能阻止受感染的人產生長期免疫力,這是因為觀察到感染者很少制造產生持久免疫反應所需的B細胞類型。該文章于2020年8月19日發表于CELL上。
B細胞在生發中心發生分化,分化和抗體基因變化是建立針對傳染性病原體的免疫力所必需的。生發中心是在感染或接種疫苗期間在淋巴結和脾臟內形成的結構。在這些結構中,B細胞成熟后成為長壽的“記憶”細胞。這個過程,加上抗體基因的可控突變,使得免疫系統能夠篩選B細胞并使得它們永生化,這就讓它們對特定病原體產生最好的抗體。當身體再次遭受感染時,就能夠快速有效地識別和攻擊病原體。為了形成生發中心,B細胞依賴于另一種稱為輔助性T細胞的特殊類型免疫細胞的重要支持。
研究人員檢查了急性SARS-CoV-2感染后死者的胸淋巴結和脾臟,并觀察到生發中心缺失、Bcl-6+生發中心B細胞顯著減少,但AID+B細胞得以保存。
重癥COVID-19的患者中,釋放的最豐富的細胞因子之一是TNF。在感染的小鼠中,TNF似乎阻止了生發中心的形成。在之前的細胞因子風暴模型中,當給小鼠注射阻斷TNF的抗體或剔除TNF基因時,生發中心能夠形成。并且發現死于COVID-19的患者的淋巴結時,發現這些器官中的TNF水平很高。TNF可能也在阻止COVID-19患者的生發中心形成。研究人員同時研究處于COVID-19不同階段的活動性感染者的血液和淋巴組織。他們發現,雖然生發中心沒有形成,但B細胞仍然被激活并出現在血液中,這將使得這些患者產生一些中和抗體。這些數據在COVID-19疾病早期發現了缺陷的Bcl-6+TFH細胞生成和體液免疫誘導失調,從而為冠狀病毒感染中抗體應答的有限持久性提供了機制解釋,并暗示通過自然感染實現群體免疫可能很困難。
實驗部分:
組織樣本切片的成像及圖像定量分析利用TissueFAXS Cytometry 系統。
1對5色免疫熒光組織樣本(FITC,Cy3,Cy5,AF75和DAPI)進行全景成像。
2使用TissueQuest軟件對特定細胞表型識別與定量分析,精準確定cutoff線閾值的設置位置,進而區分陰陽性細胞。
3 類似于流式細胞術,利用StrataQuest軟件對7色多重免疫熒光標記的組織樣本進行定量分析。
4 StrataQuest軟件量化細胞間的接觸范圍,以DAPI染色的細胞核為基礎自動建立胞質邊界,利用該算法準確識別組織中各個細胞。
Figure 1 COVID-19患者早期生發中心消失,Bcl-6 +生發中心B細胞丟失但AID + B細胞在淋巴結中仍然存在。
A、B:重癥COVID-19患者在早期與晚期胸腔淋巴結影像,并且生發中心缺失。
D、E:B細胞和T細胞均在患病早期大量丟失,細胞數量下降至對照組的三分之一
C、F、G:表達Bcl-6的生發中心B細胞在COVID-19患者中顯著減少,但是保留了表達AID的B細胞。
Figure 2 COVID-19患者脾臟中Bcl-6 +生發中心B細胞數量明顯減少。
在同一組COVID-19患者的脾臟分析顯示,有大量的紅髓和少量的白髓;B細胞和T細胞顯著減少;Bcl-6 +生發中心B細胞明顯減少。
Figure 3: COVID-19相關的CD4 + CXCR5 + Bcl-6 +生發中心T濾泡輔助細胞減少
本圖為了研究COVID-19中生發中心消失,探討了組織微環境或許有助于缺陷性T濾泡輔助細胞分化。
A、C、E、G:早期、晚期疾病的淋巴結和脾臟中,CD4 + ICOS + TFH細胞數量均減少,CD4 + CXCR5 + TFH細胞仍然存在但數量減少。
B、D、F、H:CD4 + Bcl-6 +生發中心型TFH(GC-TFH)細胞的數量大幅度減少。
Figure 4:嚴重COVID-19患者中次級淋巴器官TH1細胞出現頻率增加
假定GC-TFH細胞數量的減少反映了分化障礙,需要研究確定該種細胞數量的減少是否局限于該特定CD4 + T細胞亞群。 利用T-bet,GATA-3,RORγt和FOXP3作為關鍵標記,對淋巴結和脾臟中的CD4 + T細胞亞群數量進行定量分析。 與GC-TFH細胞數量減少不同,在淋巴結和脾臟中,TH1細胞在早期和晚期均持續增加,而TH17細胞的增加變化更加明顯。