目前已有COVID-19臨床和血漿細(xì)胞因子特征的多項(xiàng)研究成果發(fā)表，但是全世界對SARS-CoV-2感染宿主后宿主天然免疫狀態(tài)的了解依舊十分有限，而且在感染后免疫相關(guān)基因表達(dá)水平的變化情況也完全不清楚。近期北京佑安醫(yī)院發(fā)表在《Clinical Infectious Diseases》的研究成果成功填補(bǔ)了這一空白。
本研究圍繞著11位核酸檢測確診的COVID-19患者展開。這11位患者依據(jù)臨床表現(xiàn)，6人被分至重癥組（A組），5人被分至輕癥組（B組）。研究人員分別在患者入院和初步治療5天后采集外周血作為研究材料，此外還采集了7位正常人的外周血作為對照，旨在通過比較不同臨床階段樣本的臨床特征、細(xì)胞因子、免疫相關(guān)基因表達(dá)的特點(diǎn)來闡釋COVID-19病程中免疫反應(yīng)扮演的角色。
憑借著在病毒免疫方面豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，佑安醫(yī)院的研究人員甄選了108個(gè)免疫相關(guān)的基因作為研究對象。可是如何解決想檢測的基因數(shù)眾多而從患者處采集的樣本量有限的矛盾呢？研究人員是通過Fluidigm微流控芯片技術(shù)（Integrated Fluidic circuits）來解決這一難題的。基于微流控芯片技術(shù)，科研人員可同時(shí)在方寸空間內(nèi)完成近萬個(gè)qPCR反應(yīng)，每個(gè)qPCR反應(yīng)都是納升（nl）級(jí)的反應(yīng)體系，因此僅需1.25ul cDNA即可完成多達(dá)192個(gè)基因的同時(shí)檢測。
研究發(fā)現(xiàn)，隨著新冠肺炎病程加劇，發(fā)生調(diào)控紊亂的基因數(shù)目是增加的，重癥組比輕癥組檢測到更多的差異表達(dá)基因（Differentially expressed genes, DEGs）（見下圖A，重癥組與對照組相比有63個(gè)基因下調(diào)，輕癥組則只有37個(gè)基因下調(diào)，2個(gè)基因上調(diào)）。重癥組和輕癥組都能檢測到的34個(gè)差異表達(dá)基因主要參與Th17細(xì)胞分化，細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號(hào)通路，自然殺傷細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用與T細(xì)胞活化（見下圖B）等。
重癥組獨(dú)有的DEGs主要負(fù)責(zé)CD8 TCR信號(hào)通路，EPO信號(hào)通路，白介素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，腫瘤壞死因子（TNF）信號(hào)傳導(dǎo)通路以及T細(xì)胞的增殖及富集等。這些結(jié)果都表明，SARS-CoV-2的感染導(dǎo)致Th1/Th17免疫調(diào)節(jié)作用的失衡和炎癥反應(yīng)受損。
然而經(jīng)過初步治療后，研究人員發(fā)現(xiàn)不論是重癥組還是輕癥組差異表達(dá)基因的數(shù)目比剛?cè)朐簳r(shí)有所減少。在初步治療后，兩組的差異表達(dá)基因主要分布在Th1，Th2和Th17細(xì)胞分化路徑，Jak-STAT信號(hào)通路，T細(xì)胞受體信號(hào)通路以及TNF信號(hào)傳導(dǎo)通路。研究人員觀測到重癥病例的MAP2K7 和 SOS1基因在治療后較剛?cè)朐簳r(shí)上調(diào)。這兩個(gè)基因與T細(xì)胞活化有關(guān)，在疾病進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用。
此外，研究人員利用Fluidigm質(zhì)譜流式（MassCytometry）技術(shù)觀測到剛?cè)朐簳r(shí)COVID-19患者的T細(xì)胞百分比低于正常組水平（見下圖），這在重癥組里尤為顯著。重癥組病例的T細(xì)胞，CD4+ T細(xì)胞，CD8+ T細(xì)胞的百分比與對照組相比顯著降低。經(jīng)過初步治療后，輕癥組病例的所有T細(xì)胞的比例都回升到正常水平，但是在重癥組病例中只有CD4+ T細(xì)胞的比例回升到與正常組相似的水平。在這里，研究人員選用質(zhì)譜流式技術(shù)作為研究手段避免了做單陽性對照的煩惱，同時(shí)采取“l(fā)ive cell barcoding”策略有效地消除了細(xì)胞計(jì)數(shù)，操作誤差對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
在本項(xiàng)研究中COVID-19患者尤其是重癥患者中T細(xì)胞比例的下降以及T細(xì)胞活化、分化過程中相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的下調(diào)向我們展示了SARS-CoV-2感染后隨著病程進(jìn)展免疫反應(yīng)的變化。這些發(fā)現(xiàn)將幫助我們拓展對SARS-CoV-2感染機(jī)制的理解，也為將來開發(fā)免疫治療方案和精準(zhǔn)治療提供了基礎(chǔ)。北京佑安醫(yī)院作為傳染、感染病防治領(lǐng)域的急先鋒，肩負(fù)著COVID-19篩查、診斷、救治、研究的艱巨任務(wù)，始終沖在抗疫第一線。謹(jǐn)以此文向這些新時(shí)代最可愛的人致以最崇高的敬意！
參考文獻(xiàn)：
Down-regulated gene expression spectrum and immuneresponses changed during the disease progression in COVID-19 patients.
Y Ouyang et al.
Clin Infect Dis. 2020 Apr 20.pii: ciaa462. doi: 10.1093/cid/ciaa462.
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