导 读
新冠肺炎（COVID-19）患者的免疫系统功能异常是影响患者症状和死亡的重要因素，但我们目前还缺少对相关免疫细胞的详细了解，还需要了解新冠患者肺和外周血中的详细免疫状况，以剖析与疾病严重程度相关的潜在变化，并阐明患者细胞因子风暴的潜在来源。近日，由深圳湾实验室肿瘤研究所、北京大学张泽民课题组联合多家医院和研究机构，对来自196个新冠病人（包括正常对照）的284个样本（包括痰液、肺泡灌洗液、胸水、外周血等）超过25T近150万个细胞的单细胞转录组测序，并迅速完成了数据整合与分析，揭示了新冠病毒感染机制和在不同疾病发病阶段机体免疫反应特点。
2020年5月由深圳湾实验室肿瘤研究所、北京大学张泽民课题组联合多家医院和研究机构，自发组建了“新冠肺炎单细胞研究中国联盟(Single Cell Consortium for COVID-19 in China (SC4))”,旨在协同建立新冠肺炎单细胞转录组大队列大数据，为揭示新冠肺炎发病机制和免疫学特征发出中国的声音。经过四个半月的日夜奋战，联盟共获得196个新冠病人（包括正常对照）的284个样本（包括痰液、肺泡灌洗液、胸水、外周血等）超过25T近150万个细胞的单细胞转录组测序数据，这一庞大的数据集使我们能够识别出不同的外周免疫亚型变化与新冠肺炎的年龄、性别、严重程度和疾病阶段等明显的临床特征相关。在多种上皮细胞和免疫细胞类型中发现了新冠病毒（SARS-CoV-2）RNA，伴随着新冠病毒阳性细胞内转录组的急剧变化S100A8/A9的系统性上调，主要是通过外周血中的巨核细胞和单核细胞，这可能导致了在重症患者中经常观察到的细胞因子风暴。这些数据为了解新冠肺炎（COVID-19）的发病机理和制定有效治疗策略提供了丰富的资源。该研究成果于2020年9月以“COVID-19 immune features revealed by a large-scale single cell transcriptome atlas”为题投稿至Cell杂志，2021年2月3日在线发表。深圳湾实验室张泽民课题组助理研究员侯文洪博士为该文章共同第一作者。
本研究也为解析新冠肺炎严重程度、病程阶段、年龄、性别以及其他技术因素对机体外周血中免疫细胞组成的影响奠定了基础。方差分析显示，新冠肺炎的重症病人外周血中会有更高比例的增殖中的浆细胞与T细胞，而总体T细胞水平显著低于轻症病人或健康对照以及康复期病人。这些升高的增殖的浆细胞与T细胞与疾病严重程度存在显著的统计相关性；而B细胞整体更倾向于与发病阶段相关，即在康复期有较高的B细胞水平。流行病学研究揭示了年龄和性别和新冠患者病症有关。本研究发现，年龄主要和中性粒细胞、幼稚CD8+ T细胞相关，性别差异主要体现在效应T细胞。年龄与性别不仅会影响外周血不同免疫细胞亚群的水平高低，而且会影响B细胞或者T细胞受体谱的多样性。年龄大的患者的B细胞或T细胞谱的多样性较低，男性的较低，可能与机体的整体免疫力相关。
虽然细胞因子风暴在新冠肺炎的致病机制中存在一定的争议，但本研究为揭示细胞因子的潜在细胞源头提供了详实的证据。其中，巨核细胞以及单核细胞的部分亚群会高表达各类细胞因子，并在重症病人中具有更高的表达水平，是潜在的细胞因子风暴的来源。基于血浆的细胞因子检测实验证实了这些细胞在细胞因子风暴中的潜在作用。由于部分细胞因子是分泌型的，这些细胞因子也构成了外周血与肺部感染病灶相互作用的桥梁，形成了复杂的机体细胞因子相互作用网络。
中国新冠肺炎单细胞研究联盟的成员单位包括：北京大学、海军军医大学、广州生物岛实验室、深圳湾实验室、首都医科大学附属佑安医院、中国科学技术大学、深圳第三人民医院、哈尔滨工业大学、中国科学院生物物理研究所、中山大学、中国医学科学院血液病医院（血液学研究所）、陆军军医大学、北京师范大学、百奥智汇生物科技有限公司、广州医科大学附属广州第八人民医院、广州医科大学第一附属医院、中国科学院广州生物医药健康研究院、上海市公共卫生临床中心、武汉大学人民医院、华中科技大学、上海交通大学医学院上海市免疫学研究所、中国人民解放军总医院第五医学中心、黄岗中医院、汕头大学医学院附属粤北人民医院、首都医科大学附属世纪坛医院、复旦大学等单位。10X Genomics和百奥智汇公司为本次研究提供了大力支持。
本文的第一作者是：任仙文、文文、范小英、侯文洪、粟斌、蔡鹏飞、李杰圣、刘阳、唐非、张帆、杨雨、何江平、马文姬、何晶晶、王平平等；通讯作者是：周鹏辉、蒋庆华、黄志伟、贝锦新、魏来、卞修武、刘新东、程涛、李祥攀、赵平森、王福生、王红阳、苏冰、张政、瞿昆、王晓群、陈捷凯、金荣华、张泽民（Lead Contact）。
面对新冠疫情的重大考验，中国科学家自发组织的单细胞测序联盟在短期内建立的新冠肺炎大队列和单细胞大数据，为揭示新冠肺炎发病机制和免疫特征提供了新认识和新线索，对于进一步更加有效地防控和治疗新冠肺炎具有重要意义。
论文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00148-3
供稿 | 张泽民课题组
编辑 | 白 白、远 山
