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是什么免疫因素,导致了重症COVID-19的发生?

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 楼主| 发表于 2023-1-12 10:16:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

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最近的COVID-19大流行引起了前所未有的全球健康危机。人口和社会经济因素、肥胖和糖尿病等基础健康状况、遗传易感性等因素均与COVID-19的重症程度相关。GWAS确定了几个编码促炎症趋化因子受体和I型干扰素途径分子的基因,如OAS1、DPP9、TYK2和IFNAR2,这些基因与重症COVID-19的发展有关。因此,免疫细胞的组织分布和固有免疫对感染的反应性可能是COVID-19向重症发展的关键因素。虽然GWAS能够确定遗传变异与疾病重症程度之间的关联,但这种研究还不能深入了解这些遗传性状表现出的疾病易感性的机制。GWAS中确定的几乎所有SNP都是调节性的,而不是编码性的;调节的改变可能表现在免疫细胞的亚群上,而不是整体。因此,免疫学研究,如单细胞水平的免疫分型是必要的,以获得对遗传学如何影响免疫反应的机理理解。

趋化因子受体在调节白细胞迁移,从而协调免疫反应方面至关重要。因此,趋化因子受体在免疫反应的各个方面都至关重要,包括淋巴器官的适应性免疫、固有免疫细胞的早期进入和炎症组织中的细胞迁移。它们的表达受到严格的调节,并取决于免疫环境。趋化因子和趋化因子受体表达的平衡失调或紊乱与炎症和自身免疫性疾病有关。炎症性趋化因子受体CCR1、CCR2、CXCR3和CX3CR1在髓系细胞、T细胞和NK细胞表达。这些趋化因子受体在肺部协调免疫反应,包括过敏、结核和流感。相反,CCR4、CCR5和CXCR6主要表达在常规和固有T细胞上,调节细胞进入肺和粘膜组织。CCR4对免疫细胞归巢到皮肤至关重要,而CCR9调节细胞迁移到粘膜组织。因此,趋化因子受体可以诱导非冗余的、组织特异的细胞迁移。重症的COVID-19与趋化因子水平的扰动以及趋化因子受体的表达有关,突出了它们在免疫病理学中的重要性。

固有免疫系统确保对病毒的快速和有效的免疫反应,但在重症的COVID-19中受到损害。IFNAR2是I型干扰素介导的免疫的关键;同型突变,使IFNAR2的表达消失,与病毒感染的致命结果有关。1型干扰素的活性在SARS-CoV2中仍有争议:重症的COVID-19与I型干扰素的低血清水平有关,但是相反,在重症COVID-19病例的肺部组织中却出现了很强的I型干扰素反应。此外,I型干扰素的中和性自身抗体或I型干扰素途径的功能缺失突变在重症的COVID-19病例中更经常发生。因此,虽然过度的I型干扰素反应可能会加剧COVID-19的炎症和重症程度,但缺乏I型干扰素也可能是有害的。
基于GWAS的数据,假设稳定状态下的免疫特征(即感染前和恢复后)会影响COVID-19的重症性结果。Liechti, T.等人使用高维、全面的免疫分型来测试这一假设。

在感染前收集的样本最适合研究感染前的免疫特征。然而,对于像COVID-19这样的急性新发疾病,感染前的样本很难获得,但现在研究发现,人类免疫系统在病原体清除后可迅速恢复到基线(对于一些急性病毒感染,包括埃博拉、寨卡、登革热、麻疹、汉坦病毒和呼吸道合胞病毒以及天花和黄热病的活病毒疫苗,均存在快速的免疫恢复,大多数免疫紊乱在病原体清除后的几周内就恢复了),其组成与感染前相当。因此,在疾病恢复后探测免疫系统是确定决定疾病重症程度的基线免疫特征的一种替代方法。

作者用高维流式分析了从轻度、中度、重度和临界COVID-19恢复的患者外周血中的免疫成分(主要是GWAS所确定的趋化因子受体和IFNAR2的表达),以确定与COVID-19重症程度有关的免疫特征。我们确定了几个稳定状态下的免疫特征,这些特征在从非重症和重症的COVID-19恢复的患者之间存在差异。这包括NK和MAIT细胞上各种趋化因子受体表达的改变,以及固有免疫亚群丰度的改变。此外,我们的数据显示,从重症COVID-19康复的个体中,产生高水平I型干扰素的浆细胞DC(pDC)水平降低,几个骨髓细胞亚群上的IFNAR2表达增加,表明I型干扰素的反应性受损。
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同样,大多数SARS-CoV2引起的免疫紊乱在症状发生后60-80天内恢复正常。重症的COVID-19患者的鼻腔组织中的免疫紊乱在住院后15-61天内已经改善,并在出院后恢复正常(症状发生后的中位数为77天)。Bergamaschi等人证明,无论疾病的重症程度如何,病毒滴度在症状发生后13-24天内下降到检测阈值以下,这与免疫紊乱的改善是一致的。然而,有些免疫紊乱可持续几个月,包括初始B细胞、活化的CD38+HLA-DR+ T细胞和CXCR3的表达。

趋化因子受体对抵抗病毒感染(如西尼罗河病毒和流感)的保护性免疫反应很重要,其表达在重症COVID-19中会发生改变。研究发现,重症COVID-19康复的个体,在NK细胞亚群上,向肺部归巢的趋化因子受体CCR4、CXCR3和CX3CR1的表达增加,这些受体导致肺部炎症加重,对病毒的免疫反应减弱。此外,NK细胞在病毒感染期间可以促进炎症的发生。因此,NK细胞上向肺部归巢的趋化因子受体的基线表达增加,可能会促进NK细胞迁移,加剧COVID-19的肺部炎症。另外,过渡性记忆CD4+和CD8+T细胞的CCR4水平升高,强调T细胞对肺部的归巢增强可能会加剧COVID-19。

相反,轻度和中度COVID-19恢复的患者表达了更高的TIGIT水平。TIGIT的表达可以防止小鼠病毒感染的免疫病变,并减少流感感染的肺部损伤。因此,TIGIT水平的提高可能对重症的肺部损伤有保护作用,从而避免危及生命的COVID-19的发生。

重症COVID-19的患者单核细胞亚群上CCR1和CCR2的表达减少。CCR2在小鼠适应性SARS-CoV2感染的早期阶段可以有保护活性。同样,CCR1和CCR2敲除的小鼠在SARS-CoV中表现出加剧的免疫病变。这些研究和我们的结果表明,CCR1和CCR2在对抗冠状病毒的早期免疫反应中具有保护功能。CCR1和CCR2都与促炎症的趋化因子相互作用,这些趋化因子在重症的COVID-19患者的肺部被上调。因此,CCR1和CCR2在稳定状态下的表达改变可能影响COVID-19的重症程度。

I型干扰素是抗病毒免疫反应的关键,并能协调诱导趋化因子和促炎细胞因子。重症COVID-19的患者pDCs的水平降低,导致I型干扰素反应受损或延迟。类似的I型干扰素反应延迟发生在SARS和MERS中,并与疾病预后恶化有关。因此,在冠状病毒感染中,失调和延迟的I型干扰素反应对宿主是有害的。

相反,重症COVID-19患者中,IFNAR2在嗜碱性细胞和髓系细胞上的表达增加,但在B细胞和pDCs上没有表达。不过,作者只在B细胞、嗜碱细胞和髓系细胞上检测了IFNAR2,因此不能确定其在其他血细胞类型中的表达是否也存在下调。目前还没有明确的证据去解释pDC比例的降低和IFNAR2在髓系细胞上表达的升高之间的相反改变,但IFNAR2表达水平的提高可能会增强髓系细胞对I型干扰素的反应性,从而推动炎症的加剧。

大多数由COVID-19引起的免疫紊乱在感染后60天内消失,然而,有个别免疫特征在症状出现几周后仍未完全恢复到基线,这些长期扰动大多发生在重症的COVID-19中,可能是由于免疫激活的增加,主要影响到B和T细胞。与髓系细胞相比,外周淋巴细胞的半衰期更长。模型表明,外周树突状细胞和单核细胞每隔几天更新一次,而记忆和初始T细胞的周转率可分别达到几周和几年。因此,免疫细胞半衰期的延长可能会干扰COVID-19感染后受损淋巴细胞的更新。此外,初始T细胞是通过正常的增殖来维持的,而胸腺输出T细胞会随着衰老而明显减少,这可能会导致持续的免疫紊乱。

COVID-19的急性期后遗症(PASC)在一部分人中发生,导致症状持续存在,但其发生与疾病的重症程度无关。急性感染早期的几个因素与发生PASC的风险有关,如Epstein-Barr病毒(EBV)病毒血症、自身抗体和巨细胞病毒(CMV)特异性T细胞的旁观激活。相反,血液中的免疫成分基本上没有受到影响。值得注意的是,与PASC有关的免疫特征发生在肺部,而不是血液中。

综上所述,作者确定了几个与重症COVID-19结果发展相关的单细胞免疫特征,特别是固有免疫和NK等细胞表面分子,这些在协调有效的免疫反应和清除病原体中很重要,这些数据说明趋化因子受体抑制剂或给予干扰素来调节免疫细胞趋化到肺部,可以用于治疗重症的COVID-19患者

参考文献:Liechti, T., Iftikhar, Y., Mangino, M. et al. Immune phenotypes that are associated with subsequent COVID-19 severity inferred from post-recovery samples. Nat Commun 13, 7255 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-34638-2

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