对败血症患者外周血单核细胞（PBMCs）进行的多组学分析显示，细胞毒性功能普遍受损，同时表达CD69的幼稚CD4+ T细胞数量增加

《Frontiers in Immunology》：Multi-omic analysis of PBMCs in sepsis reveals widespread cytotoxic dysfunction and an increased population of CD69 expressing na?ve CD4+ T cells

脓毒症患者的PBMC通过单细胞多组学分析显示，细胞毒性T细胞、NK细胞及γδT细胞比例显著降低，同时CD4+T细胞亚群（如CD69+未成熟CD4+T细胞）比例上升但功能受损，B细胞免疫球蛋白表达和抗原呈递能力下降。

　　### 感染性疾病的免疫系统反应与多组学分析的进展

#### 研究背景

感染性疾病在全球范围内对人类健康构成了重大威胁，其中败血症（sepsis）是一种由感染引发的严重疾病，不仅导致高死亡率，还对幸存者的长期健康产生深远影响。败血症的核心特征是宿主免疫系统对感染或创伤的异常反应，这会导致组织和器官的损伤，进而影响患者的生存质量。研究表明，败血症的病程中，免疫系统的功能受到显著干扰，这种干扰不仅发生在感染初期，还会持续到恢复阶段，甚至影响患者未来的健康状况。

在败血症的发病过程中，先天免疫细胞（如巨噬细胞和自然杀伤细胞）会识别病原体相关的分子模式（PAMPs）以及损伤相关的分子模式（DAMPs），从而引发炎症反应。然而，这种反应在败血症中被过度激活，形成所谓的“细胞因子风暴”（cytokine storm），进一步加剧了宿主组织的损伤。此外，败血症患者的适应性免疫系统也受到显著影响，尤其是T细胞和B细胞的功能受损，导致免疫应答的减弱和对二次感染的易感性增加。

近年来，随着单细胞多组学技术的发展，研究人员能够更深入地探索免疫细胞在败血症中的变化。这种技术不仅能够分析细胞的转录组，还可以同时评估蛋白质表达情况，从而揭示细胞功能的复杂性。本研究通过结合单细胞转录组和蛋白质组的分析，探索了外周血单个核细胞（PBMCs）在败血症、菌血症（bacteraemia）和健康对照组中的功能变化，为理解败血症的免疫机制提供了新的视角。

#### 研究方法

本研究采用了一种定制的单细胞多组学方法，结合了PBMCs的转录组和蛋白质组数据。该方法利用了BD Rhapsody?单细胞测序平台，通过对PBMCs的单细胞标记和捕获技术，提高了细胞活力和捕获效率。在处理过程中，研究人员对细胞进行了质量控制，排除了低质量或异常表达的细胞，以确保数据的可靠性。此外，还使用了Seurat V4软件进行数据整合和分析，利用加权最近邻（WNN）算法对细胞进行聚类，并通过基因集富集分析（GSOA）识别了关键的免疫功能变化。

为了更全面地理解细胞功能的变化，研究还采用了pySCENIC工具进行基因调控网络的推断，并通过热图（heatmap）和Kaplan-Meier生存曲线等可视化手段，展示了不同细胞类型在败血症中的功能变化。这些分析方法的结合，使得研究人员能够识别出不同免疫细胞类型在败血症中的特征性表达模式，并评估这些变化对患者预后的影响。

#### 研究结果

研究结果显示，败血症患者的PBMCs中，多种细胞类型的比例发生了显著变化。具体而言，细胞毒性T细胞（如CD8+ T细胞、自然杀伤细胞、CD56+ T细胞、γδ T细胞和黏膜相关不变T细胞）的比例显著降低，而T辅助细胞（Th细胞）的比例则有所增加。这一发现表明，败血症患者的免疫系统在应对感染时，不仅未能有效激活细胞毒性反应，反而导致了T辅助细胞的过度扩张，这可能与免疫系统的失调有关。

进一步的分析表明，败血症患者的细胞毒性细胞功能受到广泛抑制，其表达的细胞毒性相关基因（如GZMA、GZMB、GZMH、PRF1和GNLY）的表达水平显著下降。这种功能的削弱可能与细胞凋亡、抑制性信号通路的激活以及细胞因子风暴的持续有关。此外，研究还发现，败血症患者的B细胞表现出类似的异常，包括免疫球蛋白表达的减少和MHC-II类基因的下调。这些变化可能导致B细胞无法有效识别和清除病原体，从而影响患者的免疫应答。

值得注意的是，研究还识别出一种新的细胞亚群——CD69+的初始CD4+ T细胞。这些细胞在健康个体中占初始CD4+ T细胞的2-11%，但在败血症患者中其比例显著增加。这一现象可能与免疫系统的异常激活有关，CD69的表达可能提示这些细胞在应对感染时进入了一种更为活跃的状态，但同时也表现出功能上的缺陷，如对T细胞激活和分化能力的抑制。这种细胞的发现为败血症的免疫机制提供了新的见解。

#### 讨论与意义

本研究的结果揭示了败血症患者免疫系统功能的复杂变化。首先，败血症导致了细胞毒性T细胞和NK细胞的减少，这可能是由于免疫系统的抑制性反应或细胞凋亡。其次，T辅助细胞的扩张可能与免疫系统的过度激活有关，这种现象可能在某些情况下加剧了炎症反应，导致组织损伤。此外，B细胞的异常也可能是败血症患者免疫功能受损的重要原因之一，其功能的减弱可能影响免疫球蛋白的产生，从而降低机体对感染的防御能力。

研究还发现，CD69+的初始CD4+ T细胞在败血症患者中表现出独特的功能特征。这些细胞虽然在数量上有所增加，但其功能却受到抑制，这可能与细胞因子的异常表达或细胞信号通路的紊乱有关。这一发现不仅拓展了我们对败血症免疫机制的理解，还为未来的诊断和治疗策略提供了新的思路。例如，针对CD69+初始CD4+ T细胞的干预可能有助于调节免疫反应，减少炎症损伤。

此外，研究还指出，败血症患者的免疫功能受损可能是由多种因素共同作用的结果。例如，细胞因子风暴、细胞凋亡、抑制性信号通路的激活以及MHC-II类基因的下调都可能对免疫细胞的功能产生影响。这些发现不仅有助于我们理解败血症的发病机制，还为开发新的免疫治疗策略提供了理论依据。例如，通过调节细胞毒性T细胞的功能，或增强T辅助细胞的活性，可能有助于改善败血症患者的预后。

#### 研究的局限性

尽管本研究提供了重要的见解，但其结果仍受到一些研究设计的限制。首先，样本的细胞活力较低，导致细胞数量的减少，这可能影响对某些细胞类型的分析。其次，研究的样本量相对较小，这限制了其统计效力，使得某些细胞类型的表达变化难以被充分验证。此外，研究中采用的靶向面板可能忽略了与免疫功能相关的其他基因，如代谢相关基因，这可能限制了对免疫系统整体功能的理解。

另一个局限性是批次效应（batch effect）的处理。虽然研究采用了保守的方法来整合数据，但批次效应仍可能对结果产生一定影响。因此，未来的研究需要进一步优化数据整合方法，以减少批次效应对结果的干扰。此外，研究的对照组可能未完全排除潜在的感染风险，这可能影响对免疫功能变化的准确评估。

#### 未来展望

本研究的结果表明，败血症患者的免疫系统功能受到显著影响，这种影响不仅限于细胞毒性T细胞和NK细胞，还涉及T辅助细胞和B细胞。这些发现为理解败血症的免疫机制提供了新的视角，并为未来的诊断和治疗策略提供了潜在的靶点。例如，针对细胞毒性T细胞的功能恢复，或通过调节T辅助细胞的活性来减少炎症反应，都可能成为治疗败血症的新方向。

此外，研究还指出，CD69+初始CD4+ T细胞在败血症中的异常表达可能是一个重要的生物标志物。未来的研究可以通过更大规模的样本验证这一发现，并探索其在临床诊断中的应用价值。同时，针对B细胞功能的恢复，如通过免疫球蛋白补充或调节MHC-II类基因的表达，也可能成为改善败血症患者免疫功能的有效手段。

综上所述，本研究通过单细胞多组学技术，揭示了败血症患者免疫系统功能的复杂变化，为未来的免疫治疗策略提供了重要的理论依据。尽管研究存在一定的局限性，但其结果仍然具有重要的临床意义，为败血症的病理生理机制研究和治疗方案的优化提供了新的思路。