标题: Immune dysregulation and autoreactivity correlate with disease severity in SARS-CoV-2-associated multisystem inflammatory syndrome in children
期刊: Immunity
影响因子:31.74
导读
儿童多系统炎症综合征(MIS-C)是在轻微或无症状感染SARS-CoV-2数周后不可预测地发生的一种危及生命的感染后并发症。利用单细胞RNA测序、TCR,BCR测序对MIS-C患者、成人COVID-19患者、健康儿童和成人进行分析可以确定MIS-C患者与疾病严重程度相关的特征。在无感染证据的情况下，MIS-C患者s100a家族警报素升高，抗原呈递特征降低，提示髓系功能障碍。MIS-C患者NK和CD8+ T细胞细胞毒性基因表达升高，特异性表达IgG的浆细胞扩增。临床重度MIS-C患者表现为记忆T细胞TCR库倾斜和以内皮反应性IgG为特征的自身免疫。实验人员定义的警报素、细胞毒性、TCR库和浆母细胞特征在临床上有应用的潜力，可以更好地诊断和预测MIS-C病程早期的疾病严重程度。
实验设计
23例MIS-C患者样本，按患病严重程度分为严重型（MIS-C-S: n=14）与温和型（MIS-C-M:n=9）；对照组为健康儿童（C.HD）与成年人，COVID-19患者样本
技术平台
10X genomics
实验思路
实验结果
⚫ MIS-C可以在无明显病毒或细菌感染活性的情况下改变免疫细胞组成
实验人员在外周血样本中区分出共计30种细胞（图1A，B），与C.HD相比，MIS-C患者外周血中幼稚CD4+ T细胞数量减少。与C.HD相比，MIS-C患者血液中原始B细胞和浆细胞数量增加，常规树突状细胞(cDCs)和浆样树突状细胞(pDCs)减少（图1C）。在covid – 19- a中的单核细胞和中性粒细胞中检测到一个强大的抗病毒特征，但在MIS-C患者组中没有这种情况（图1D）。同样，与C.HD相比，MIS-C患者组中没有明显的细菌特征。因此，检测数据表明MIS-C患者在无病毒或细菌感染的直接证据下表现出外周血细胞明显的变化。
⚫ 髓系细胞发生炎症后表型改变，包括警报信号升高
为研究固有免疫对MIS-C促进的作用，研究人员对单核细胞，中性粒细胞和树突细胞进行聚类（图2A,B）。对中性粒细胞和单核细胞差异基因表达分析显示相较于C.HD，MIS-C患者的警报素相关S100A基因表达上调（图2C,D）。MIS-C患者单核细胞显著降低了HLA II类(HLA- dp、DQ和DR)抗原呈递分子和CD86的表达（CD86是提供共刺激信号诱导T细胞活化的关键分子）（图2E，2F）。MIS-C经典单核细胞显示出升高的脓毒症特征，这与单核细胞激活失调有关，在COVID-19患者单核细胞中也观察到同样的表现（图2G）。在血清中差异表达的蛋白中，髓系和dc来源的蛋白显著富集（图2H）。此外，血清中差异蛋白的通路分析显示，与“细胞因子-细胞因子受体相互作用”、“流体剪切应力和动脉粥样硬化”和“补体和凝血级联”相关的单元富集，这与患者的炎症表型一致（图2I）。因此，MIS-C患者髓系细胞的基因表达程序的特征为S100A警报素蛋白表达增加和抗原呈递基因表达减少。此外，MIS-C患者的血清蛋白质组与炎症髓系反应和潜在内皮细胞激活相一致。
⚫MIS-C患者NK细胞细胞毒性基因表达增加
为了进一步定义MIS-C中的T细胞和NK细胞状态，研究人员对T细胞和NK细胞进行了聚类（图3A,B）。与C.HD相比，MIS-C的调节性T细胞和 (Ki67+) T细胞与NK细胞增殖的频率增加（图3C）。NK细胞亚群的差异基因表达分析显示，与C.HD相比，MIS-C中PRF1、GZMA和GZMH显著增加，而在康复患者中仍保持较高的基因表达水平（图4D-F）。流式细胞技术证实了MIS-C患者的cd56NK细胞水平高于C.HD（图4G）。因此，NK细胞和较小范围上的CD8+ T细胞表现出升高的细胞毒性特征，可能与组织损伤有关。
⚫ MIS-C患者体内IgG浆细胞数量升高
为了研究持续的体液反应是否支持急性MIS-C免疫病理，研究人员对B细胞进行亚群聚类（图4A,B）。在MIS-C患者中，(Ki67+)浆细胞的增殖比C.HD增加，并表达与短命表型一致的凋亡基因（图4C）。MIS-C和C.HD的幼稚B细胞差异表达分析显示，差异上调基因中KEGG B细胞信号通路富集。MIS-C患者中表达IgG1或IgG3的浆细胞比例升高（图4D），与年龄匹配的对照组相比，MIS-C和COVID-19患者的浆细胞IgG克隆携带突变的BCR可变区(定义为相对于种系>1%的核苷酸突变)（图4E）。此外，与C.HD相比，一小部分MIS-C患者表现出更低的BCR克隆多样性——这与克隆扩展一致，尽管这种关系不像COVID-19患者与A.HD之间的关系那样一致（图4F）。为了探究引起上述浆细胞反应的因素，研究人员着眼于CD4+T细胞的相关反映。通过scRNA-seq发现Ki67+ CD4+ T细胞增殖和Ki67+浆细胞之间可能存在关联，并在后续实验中证实了这一相关性（图4G）。Ki67+ CD4+ T细胞基因表达分析显示CXCR5低表达，ICOS、PDCD1、MAF、IL21和趋化因子受体（包括归属于炎症组织的CCR2, CX3CR1, 和 CCR5）高表达（图4H）。综上， MIS-C患者的浆细胞扩增，与可能具有B细胞辅助功能的CD4+ T细胞增殖相关，与C.HD相比，更常含有IgG1和IgG3抗体亚型。
⚫ 重度MIS-C患者自身免疫的证据
实验人员利用主成分含TRBV基因的记忆T细胞组分分析TCR库偏移情况。CD4+和CD8+记忆T细胞均表现出显著的V-beta库倾斜，在两组分中，相较于C.HD或MIS-C-M, TRBV11-2显著富集于MIS-C-S中（图5A）。MIS-C – s与C.HD相比，效应CD8+ T细胞PRF1和GZMA基因表达增加（图5B）。实验人员发现，低B细胞克隆多样性的患者也有低的联合Ki67+和CD4+记忆T细胞多样性，提示了协同克隆扩展（图5D）。此外，在MIS-C – s患者中，实验人员发现血浆母细胞频率增加，B细胞克隆多样性减少，以及IgG克隆突变比例增加，这与这些患者更强劲的B细胞应答一致（图5E）。进一步分析血清蛋白质组数据发现内皮细胞E-选择素也在MIS-C-S血清中被提高。对自身免疫性抗体的分析显示来自急性重症而非中度MIS-C患者的IgG与激活的内皮细胞结合，与潜在的自身免疫过程一致（图5G）。因此，T和B细胞的克隆扩增以及CD8+ T细胞的细胞毒性基因表达特征似乎与重症MIS-C有关。
参考文献：