理清SARS-CoV-2、HIV和肺炎的免疫复杂性

全球传染病研讨会精彩内容回顾

　　

COVID-19大流行近两年后，我们都认识到了传染病的影响以及该领域的研究为何如此重要。然而，传染病的研究面临着独特的挑战。人体对疾病的免疫应答是高度多样化的，每一步都存在分支，涉及到复杂机制和细胞相互作用。免疫学家在努力破译这个庞大网络的同时，他们还必须找到方法来跟上变异、突变和新兴病原体的脚步。克服传染病的挑战需要更深入了解这些复杂病理的基本原理，从先天性免疫和适应性免疫的形成到宿主与病原体的相互作用和免疫逃逸的复杂性。

在10x Genomics的全球传染病研讨会上，几位领先的科学家分享了他们的最新成果，让我们深度了解他们如何使用创新的单细胞技术来推进我们对感染后免疫应答的认识。阅读下文，详细了解他们的传染病研究。您也可以扫描文末二维码观看回放视频。

解析感染后T细胞应答的形式和功能

在COVID-19大流行的早期，圣裘德医院的Paul Thomas博士及其同事开始建立一个样本队列，追踪SARS-CoV-2感染及随后疫苗接种后的免疫应答。Thomas博士当然深知这些信息的价值。他们实验室的研究重点是T细胞特异性，以及在面对感染时T细胞特异性与T细胞功能和应答效率如何关联。

首先，Thomas博士及其团队将队列分为四组——感染过SARS-CoV-2的患者、接种过SARS-CoV-2疫苗的患者、感染后接种疫苗的患者，以及接种疫苗后感染的患者，也就是突破病例。该团队假设T细胞对疫苗或病原体的应答的强度和特异性是应答效率的关键决定因素，于是采用单细胞基因表达、单细胞免疫分析以及一种称为“反向免疫学（reverse immunology）”的技术来研究四组个体的免疫应答。他们发现各组之间的应答存在显著差异。例如，突破病例并未表现出刺突蛋白特异性抗体的富集，而这些抗体与对SARS-CoV-2的强大免疫应答存在关联。这表明，尽管这些病例的免疫系统被启动，但并未有效唤醒刺突蛋白特异性应答。

Thomas博士还分享了他们团队在深入研究抗原特异性时所用的一些计算策略。对配对的T细胞受体（TCR）进行分析后，研究人员采用了一种称为TCRdist的算法，这种算法可以帮助他们纵览各个组的TCR并确定它们之间的关系。通过这种技术，他们能够确定SARS-CoV-2应答中的主要基序，并发现疫苗接种和感染引发了相同效力的记忆库，显示出疫苗的效果以及它招募和选择TCR进入免疫组库以反映感染的能力。

儿童感染SARS-CoV-2后的局部和全身应答

维康基金桑格研究院Sarah Teichmann实验室的成员Rik Lindeboom博士则让我们从另一角度去看待COVID-19大流行。他的研究重点是儿童对SARS-CoV-2的应答。尽管我们知道儿童在感染SARS-CoV-2后的应答与成人完全不同，他们通常症状轻微，甚至根本没有症状，但这种差异背后的细胞机制和分子机制还不清楚。然而，正如Lindeboom博士在演讲中所说的，了解这种应答差异的背后原因可极大地帮助我们了解这种疾病，尤其是影响疾病严重程度的因素。

Lindeboom博士及其同事以一个儿童和成人患者队列作为研究对象，其中包括感染患者和健康个体。他们从每位患者身上采集了四个样本，包括鼻、气管和支气管刷检样本以及匹配的PBMC样本。之后，他们利用包括单细胞基因表达和免疫分析在内的多种技术组合，根据患者年龄和COVID-19病程生成了上呼吸道的细胞图谱。利用该图谱，他们能够比较气道和血液中的SARS-CoV-2应答。借助这些涵盖不同年龄和疾病阶段的局部和全身数据，该团队发现了免疫系统的成熟模式及其如何影响免疫应答。此外，他们还能够分离出儿童特异性应答，揭示了一些关键信息，包括儿童免疫系统如何防止感染，以及这些结果如何影响未来的治疗。

肺部免疫力的新见解：从肺炎到COVID-19

接下来，杜兰大学医学院感染和炎症转化研究中心的主任Jay Kolls博士向大家介绍了他对肺炎和COVID-19中肺部免疫力的研究。他试图通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）来了解肺炎背景下的细胞关系，特别是宿主防御机制的动态。Kolls博士主要研究肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae），这是一种医院获得性感染的细菌，已经形成了多种耐药菌株。他使用基因敲除小鼠来了解易感性背后的驱动因素，并且观察到适应性免疫应答的机制，这些有望为未来的疫苗接种策略提供信息。例如，一种潜在的应用是开发吸入式疫苗。

Kolls博士随后向大家介绍了他如何在表达ACE2（一种病毒受体）的转基因小鼠上研究SARS-CoV-2感染。在感染后四天，也就肺部病理刚开始出现的时候，Kolls博士及其同事采用scRNA-seq来评估转基因小鼠以及同样感染SARS-CoV-2的非转基因对照小鼠。他们将细胞聚类分析，发现转基因小鼠出现大量炎性单核细胞，成纤维细胞出现活化和增殖，且T细胞增加。他们在转基因小鼠的所有这些细胞群中发现了病毒RNA，但在对照小鼠中未发现，之后使用可视化软件Loupe Browser对病毒阳性的细胞进行重新聚类，发现了一组他们假设是外泌体的病毒性细胞。Kolls博士的下一个任务是发现病毒RNA首次运输的位置，以便更好地了解SARS-CoV-2的发病机制。他预计是上皮细胞，让我们拭目以待！

HIV和大脑 – 对病毒初次感染、维持和治疗效果的单细胞分析

内布拉斯加大学医学中心的Howard Fox博士分享了有关HIV感染如何影响大脑的研究。在感染早期，病毒进入大脑，导致一些HIV患者出现认知障碍，如脑炎和痴呆，Fox博士将这种现象称为neuroHIV（神经HIV）。尽管HIV感染者现在可以通过治疗活到接近正常寿命，但感染是慢性的，这就意味着认知障碍和疾病仍然有可能发生，因为这种疾病会持续数十年。此外，人们尚不清楚HIV如何影响年龄相关性疾病（如神经退行性疾病）或与其如何相互作用。HIV感染者的药物滥用率也很高，这对于neuroHIV而言是另一个影响未知的因素。

Fox博士采用单细胞技术来研究非人灵长类动物中的SIV（这种感染与HIV密切相关），旨在了解HIV感染巨噬细胞和小胶质细胞后如何影响中枢神经系统（CNS），从而引起大脑功能障碍。他首先制定了一种策略来克服小胶质细胞的分离难题，使得细胞能够在保持与疾病相关的基因表达模式下进行冷冻保存。这样，他能够继续研究各种条件下的neuroHIV小胶质细胞，包括给与甲基苯丙胺和阿片类药物条件下。然后，Fox博士将研究重心转移到大脑中的细胞运输和病毒持续感染上，这些因素也许是治愈HIV的障碍。通过Chromium单细胞多组学ATAC + 基因表达分析，他能够表征HIV整合位点，其中一些不止在单种动物身上观察到，表明大脑内存在优先整合位点。Fox博士关于这个有趣课题的研究还在继续，我们迫不及待想看到他的新成果。

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