新冠肺炎患者TCR和BCR二代测序揭示与疾病严重程度相关特征

新冠肺炎患者TCR和BCR二代测序揭示与疾病严重程度相关特征
 

 

研究背景

疫情初期，关于SARS-CoV-2诱导的T细胞和B细胞免疫应答的性质及其调节因素还没有彻底了解，尚不清楚轻度和重度新冠肺炎患者对SARS-CoV-2的免疫应答有何差异。本研究作者利用TCR/BCR测序技术，结合抗体诊断、细胞因子分析和流式细胞术，分析了新冠肺炎感染期或康复后患者的适应性免疫特征，并创建了一个超过1400万个B和T细胞受体（BCR和TCR）序列的存储库。这些数据提供了对SARS-CoV-2适应性免疫的基础性了解，为治疗理念和疫苗开发提供了资源。同时也为其它类似疾病的研究提供了很好的基础支撑。

 

研究结果

  1. 人群和实验特征

首先，作者根据新冠肺炎的疾病特征对感染人群进行了分类假设，轻度至中度病程和早期康复的患者在感染后血液中具有有效免疫控制和持久免疫受体特征，而重症甚至致命的新冠肺炎患者表现出炎症反应并且无法诱导早期保护性免疫。基于这一假设，研究者编制了新冠肺炎后恢复的患者队列（队列1，n=19名患者，n=20份样本）和感染中患者队列（队列2，n=20患者,n=50份样本）。作为参考，加了一个年龄匹配的健康供者（HD）队列，该队列新冠肺炎抗体检测为阴性（n=39）。患者队列1和2的病程下图所示。

 

随后，研究者对实验人群的免疫体系进行了系统了解：许多感染中（且大多为重度）新冠肺炎患者出现白细胞增多，一些患者出现粒细胞增多和明显的T细胞减少，而大多数患者的B淋巴细胞计数正常，甚至增加（下图A-E）；CD4+：CD8+T细胞比率向CD4+T细胞转移（下图F），一些患者的调节性T（Treg）细胞扩增（下图G）；免疫球蛋白G（IgG）和IgM浓度正常或降低（下图H）。

 

通过ELISA测定发现，感染SARS-CoV-2的所有患者中，大部分患者（32/37）在某个时间点显示抗SARS-CoV-2 IgA和IgG阳性（下图I和J）。血浆中和试验呈阳性的占比更高（35/37）下图K）。半定量ELISA测定显示，感染期新冠肺炎患者的抗SARS-CoV-2抗体峰值通常高于恢复期患者（下图I）。在症状发作后几天至8周之间通过ELISA分析的70个时间点中，48个IgA和IgG阳性，12个IgA或IgG阴性，6个IgG阴性但IgA阳性，只有3个IgG阳性但IgA阴性（下图I、J和L）。

 

  1. 新冠肺炎患者持续性细胞因子紊乱和I、III型干扰素应答

作者推断，先前报道的新冠肺炎中的细胞因子风暴可能导致这些患者的某些血液计数异常。IL-6和IL-10既参与类别转换重组，也参与T细胞衰竭，在感染新冠肺炎患者的血浆中显著增加，而康复患者的浓度正常（下图A）。

此外，在感染中新冠肺炎患者中，B细胞激活因子（BAFF）的血浆浓度明显升高，并且与B细胞计数呈非常不寻常的正相关，而增殖诱导配体（APRIL）仅在康复患者的血浆中升高（上图A）。抗病毒细胞因子模式与IFN I型和III型响应相一致，后者在新冠肺炎的恢复期持续增加（下图B）。

新冠肺炎对免疫检查点分子的分泌变体有强烈影响，如可溶性Tim-3（sTim-3）、sLAG-3、sCD25和sGalectin-9，这些分子在恢复阶段是正常的，表明在疾病感染期（和重症期）存在大量抗病毒反应和反调节（下图C）。

 

  1. 新冠肺炎早期CD4+和CD8+T细胞激活和反调节，向T卵泡辅助因子、Th17和非常规Th1细胞响应转变

基于SARS-CoV-2对T细胞数量、CD4+：CD8+比率和分泌性免疫检查点分子的影响，作者通过多参数流式细胞术对新冠肺炎患者T细胞的功能状态进行研究。对感染期患者出现症状后2周至1个月的数据进行分析。无监督聚类分析明确显示新冠肺炎患者T细胞中存在2个差异丰富的簇（DAC）（下图A）。这两个簇都含有表达共抑制受体的细胞，即BTLA（B和T淋巴细胞衰减器）、程序性细胞死亡蛋白-1（PD-1）和全新免疫检查点TIGIT。

对每个淋巴细胞亚群中共抑制受体表达的进一步分析证实，与对照组相比，CD4+和CD8