单细胞测序揭示COVID-19患者支气管肺泡免疫细胞图谱

Single-cell landscape of bronchoalveolar immune cells in patients with COVID-19

文章对13例感染SARS-CoV-2患者支气管肺泡灌洗液(BALF)样本的单细胞测序数据进行了分析,其中包括6例重症感染患者样本,3例中症感染患者样本,3例健康对照样本,另GSM3660650中包含了1例健康对照样本。

聚类分析得到31个不同的细胞群,包括macrophages (CD68), neutrophils (FCGR3B), myeloid dendritic cells (mDCs) (CD1C, CLEC9A), plas- macytoid dendritic cells (pDCs) (LILRA4), natural killer (NK) cells (KLRD1), T cells (CD3D), B cells (MS4A1), plasma cells (IGHG4) and epithelial cells (TPPP3, KRT18)。从各类细胞的分布来看,巨噬细胞的分布表现出分组差异性,重症病人相比于轻症病人具有更高比例的巨噬细胞和中性粒细胞。

对巨噬细胞进行了重新聚类,发现巨噬细胞可以分为四组:组1 FCN1hi,组2 FCN1loSPP1+,组3 SPP1+,组4 FABP4+。 组1表达外周单核样细胞marker(S100A8,FCN1,CD14),组2高表达各种趋化因子(CCL2,CCL3,CXCL10),这两组细胞都表现出M1极化样。组3表达免疫调节基因(A2M,GPR183,CCL13)和促纤维化基因(TREM2,TGFB1,SPP1),说明这是一群具有修复性和促纤维化的细胞。组4表达肺泡巨噬细胞基因(FABP4,APOC1,MARCO)和脂质代谢基因,且主要在健康与中症病人样本中。使用SCENIC分析了各组细胞的转录因子,组1和组2(NFκB,STAT1,STAT2,IFN),组3(TFEB,NR1H3,PPARA,CREB1),组4(PPARG,CEBPB)。以上结果说明在重症病人肺部存在高度促炎性的巨噬细胞群体。

研究发现重症病人样本中CD8 T细胞比例较低而增殖性T细胞比例较高。进行了单个T细胞TCR测序分析,发现在中症病人样本中克隆扩增的T细胞分布更加集中,说明这些T细胞具有转录同质性;而重症病人T细胞分布更加弥散,说明具有转录异质性。总的来看,重症病人的T细胞克隆扩增较少,更具增殖性,且表型更加特异;而中症病人的T细胞克隆扩增更多,且具有更高的组织驻留基因表达。

对不同病人BALF中炎性因子的表达进行分析,发现重症病人具有更高的炎性细胞因子表达(Il6,Il8,Il1β)。测序数据显示,重症病人巨噬细胞中具有更高的趋化因子表达(CCL2,CCL3,CCL4,CCL7)。分析了细胞间的相互作用,发现重症病人肺部巨噬细胞通过CCR1,CXCR2招募单核和中性粒细胞进而形成局部炎症,轻症病人巨噬细胞通过CXCR3,CXCR6招募多种T细胞。

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