中國學者聯盟揭示新冠肺炎發病機制和免疫學特征
大規模單細胞研究解析了新冠病人免疫特征
新冠肺炎給全球社會經濟帶來了極大災難。認識和理解新冠肺炎發病機理對于診療與防控具有重要意義。單細胞轉錄組測序技術在生命科學各個領域的廣泛應用催生了許多重要的發現，然而該技術在新冠肺炎研究中的應用因其成本高、樣本量小，存在統計效力不足、結論可靠性疑問等問題。
為快速解決這一難題，我國十多個省市、四十多家醫院大學和研究機構在2020年5月自發組建了“新冠肺炎單細胞研究中國聯盟”，旨在協同建立新冠肺炎單細胞轉錄組大隊列大數據，為揭示新冠肺炎發病機制和免疫學特征發出中國聲音。相關研究成果于2月3日在《細胞》線上發表。
此次研究共有19位通訊作者，是一個空前強大的研究陣容。王福生院士、王紅陽院士、卞修武院士的團隊亦加盟其中。
經過四個半月的日夜奮戰，聯盟共獲得196例新冠病人的284個樣本的單細胞轉錄組測序數據，數據規模超過25T，細胞數量接近150萬個單細胞。迅速完成數據整合與分析后，揭示了新冠病毒感染機制和在不同疾病發病階段機體免疫反應特點。
“本項研究揭示了，除了傳統認為的呼吸系統上皮細胞以外，多種免疫細胞中也可以檢測到新冠病毒，并且具有活躍轉錄、復制等生命跡象，這可能是新冠病毒區別于SARS冠狀病毒的重要特點。”成果通訊作者之一、北京大學教授張澤民告訴《中國科學報》。
這一發現和基于尸檢的對新冠病毒S蛋白進行組織切片染色的結果一致。值得注意的是，新冠病毒受體蛋白ACE2在免疫細胞中幾乎不表達，提示新冠病毒可能存在潛在的新受體來感染宿主細胞。
新冠病毒不僅可以感染多種細胞類型，而且在不同的細胞中會引發不同的反應。纖毛上皮細胞感染新冠病毒后更傾向于從組織上脫落下來，而不引起免疫反應。而鱗狀上皮細胞感染新冠病毒后會傾向于與免疫細胞特別是中性粒細胞、巨噬細胞相互作用，從而觸發與啟動機體的免疫反應。特別地,新冠病毒特異誘導鱗狀上皮細胞高表達的ANXA1、S100A8/9會在重癥病人的發病期外周血中的免疫細胞中普遍上調，通過FPR1和TLR4等受體引發全身的、系統性的免疫反應風暴。
流行病學研究顯示年齡與性別和新冠患者的病癥嚴重程度有關，但具體的免疫機制并不清楚。該研究通過對本次大隊列大數據的統計分析發現，年齡主要和中性粒細胞、幼稚CD8+T細胞的降低相關，而性別差異主要體現在男性比女性具有更低水平的效應T細胞，年齡和性別通過影響病人的基礎免疫力來影響新冠感染的嚴重程度。此外，研究還揭示了與新冠嚴重程度相關的細胞因子風暴的源頭。其中，巨核細胞以及單核細胞的部分亞群會高表達各類細胞因子，并在重癥病人中具有更高的表達水平，是潛在的細胞因子風暴的來源。
面對新冠疫情的重大考驗，中國科學家自發組織的單細胞測序聯盟在短期內建立的新冠肺炎大隊列和單細胞大數據，為揭示新冠肺炎發病機制和免疫特征提供了新認識和新線索，對于進一步更加有效地防控和治療新冠肺炎具有重要意義。
中國新冠肺炎單細胞研究聯盟的成員單位包括：北京大學、海軍軍醫大學、廣州生物島實驗室、深圳灣實驗室、首都醫科大學附屬佑安醫院、中國科學技術大學等。
相關論文信息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00148-3
