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醫(yī)學(xué)資訊
Nature子刊：康復(fù)后仍免疫缺陷，新冠病毒對(duì)B細(xì)胞到底還做了什么？！
2019年底，一種新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)被確認(rèn)為COVID-19嚴(yán)重急性呼吸道感染的病原體。SARS-CoV-2感染患者的臨床表現(xiàn)大相徑庭，從無癥狀到危及生命的重癥，包括急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。所謂的“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，即炎癥反應(yīng)的不可控激活，顯著促進(jìn)了ARDS的發(fā)生。與觸發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴的其他疾病類似，抑制炎癥免疫反應(yīng)可能改善嚴(yán)重SARS-CoV-2感染的結(jié)局。
目前的證據(jù)表明，與健康個(gè)體相比，COVID-19患者血清代謝成分發(fā)生了顯著變化，并與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。而代謝環(huán)境，如葡萄糖濃度的變化、短鏈脂肪酸的獲取、氧氣供應(yīng)等影響B(tài)細(xì)胞的生存、激活和分化。因此，COVID-19患者中特定的代謝環(huán)境或會(huì)改變B細(xì)胞生物學(xué)，同時(shí)B細(xì)胞在COVID-19疾病進(jìn)展也發(fā)揮著多種作用。
本研究旨在評(píng)估COVID-19患者B細(xì)胞的信號(hào)特性，并通過分析從COVID-19患者獲得的血清代謝成分，確定特定代謝物豐度的變化如何影響B(tài)細(xì)胞受體信號(hào)。
1、SARS-CoV-2感染改變了康復(fù)患者的免疫表型和B細(xì)胞功能特異性B細(xì)胞亞群在抗病毒體液免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了研究SARS-CoV-2感染是否影響B(tài)細(xì)胞免疫表型，我們首先檢測了幼稚B細(xì)胞(CD27 - IgD+)、非典型(CD27 - IgD -)、切換(CD27+IgD -)和未切換(CD27+IgD+)記憶B細(xì)胞、過渡B細(xì)胞(CD38+CD24hi)和漿原細(xì)胞(PBC，CD38+CD24−)。在靜息階段，健康對(duì)照組和康復(fù)患者有相似的B細(xì)胞群，但與健康對(duì)照組相比，患者PBC頻率顯著增加。為檢測B細(xì)胞對(duì)bcr依賴信號(hào)的應(yīng)答，我們用F(ab’)2抗人Ig(M + G)抗體刺激B細(xì)胞24小時(shí)。但與靜息狀態(tài)相比，非典型性記憶B細(xì)胞的細(xì)胞數(shù)量增加(圖1a-e)。與靜息狀態(tài)相比，患者受刺激的未切換記憶B細(xì)胞頻率降低，但健康對(duì)照組無變化(圖1a, c)。有趣的是，BCR信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子CD19的表達(dá)，與健康對(duì)照組相比，康復(fù)患者的總B細(xì)胞和幾乎所有B細(xì)胞亞群均顯著減少(圖1f)。然而與健康對(duì)照組相比，康復(fù)患者B細(xì)胞的CD19 mRNA表達(dá)無變化(圖1g)。免疫熒光實(shí)驗(yàn)顯示，與未感染(模擬)小鼠相比，感染SARS-CoV-2小鼠脾臟CD19的表達(dá)明顯降低(圖1h, i)。這些結(jié)果提示SARS-CoV-2感染可能通過抑制CD19的表達(dá)改變B細(xì)胞的免疫表型和功能。
2、SARS-CoV-2感染改變康復(fù)患者的BCR信號(hào)和b細(xì)胞代謝CD19是BCR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、b細(xì)胞發(fā)育和體液免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子。與健康對(duì)照組相比，患者B細(xì)胞中總CD19、磷酸化CD19和磷酸化Btk水平顯著降低(圖2a)。CD19是抗ig (M + G)刺激細(xì)胞中PI3K信號(hào)通路的重要激活因子，檢測抗ig (M + G)刺激的B細(xì)胞對(duì)PI3K及其下游信號(hào)的激活情況時(shí)，與健康對(duì)照組相比，患者B細(xì)胞中磷酸化的PI3K、Akt、FoxO1、S6和mTOR顯著降低(圖2b)。由于PI3K信號(hào)是b細(xì)胞代謝的主要調(diào)節(jié)因子和氧化還原信號(hào)，我們推測SARS-CoV-2感染改變了b細(xì)胞代謝。活性氧(ROS)產(chǎn)生異?？蓪?dǎo)致正常和生發(fā)中心B細(xì)胞存活受損，線粒體ROS抑制體液免疫反應(yīng)。與未處理的患者B細(xì)胞相比，抗氧化劑處理后的患者B細(xì)胞上的CD19和pBtk水平顯著升高(圖2c)。為了評(píng)估COVID-19患者B細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)，我們用F(ab’)2抗人Ig(M + G)刺激患者和健康對(duì)照的B細(xì)胞，測定總ROS生成量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者B細(xì)胞比健康對(duì)照組產(chǎn)生更多ROS(圖2d)。線粒體復(fù)合物III是缺氧誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生和細(xì)胞氧感知所必需的。與健康對(duì)照組相比，患者B細(xì)胞中的線粒體腫脹增加(圖2e)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)穩(wěn)態(tài)要通過調(diào)節(jié)線粒體鈣水平塑造b細(xì)胞代謝和代謝應(yīng)激反應(yīng)來維持。與健康對(duì)照組相比，患者B細(xì)胞ER和MITO的MFI在0和5 min顯著升高，但在30 min時(shí)下降(圖2f-i)。此外，與健康對(duì)照組相比，在整個(gè)b細(xì)胞激活過程中，BCR與ER或MITO之間的共定位顯著降低(圖2j-k)。我們還發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，患者B細(xì)胞ER和MITO的共定位在0、5和30分鐘顯著降低(圖2l)。這些結(jié)果表明SARS-CoV-2感染可能改變b細(xì)胞代謝活性，增加ROS的產(chǎn)生，從而降低CD19的表達(dá)和bcr依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。
3、SARS-CoV-2感染改變了B細(xì)胞的血清代謝產(chǎn)物譜和轉(zhuǎn)錄組譜新冠肺炎康復(fù)患者血清中l(wèi) -精氨酸、l -谷氨酸、l -異亮氨酸、l -胱氨酸和l -半胱氨酸水平顯著降低。與健康對(duì)照組相比，康復(fù)的COVID-19患者血清中谷氨酸和半胱氨酸的水平顯著降低。檢測康復(fù)的COVID-19患者和健康對(duì)照組之間的B細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組差異，發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，48個(gè)基因表達(dá)顯著下降調(diào)控，10個(gè)基因表達(dá)顯著上調(diào)(圖3f)。KEGG功能富集分析，發(fā)現(xiàn)分化基因/代謝基因共富集了20個(gè)通路，其中大部分是代謝信號(hào)通路，尤其是氨基酸合成和代謝(圖3g)。最后，利用KEGG識(shí)別基因和代謝物的代謝途徑，發(fā)現(xiàn)健康對(duì)照組與康復(fù)患者之間有30條代謝途徑存在顯著差異(圖3h)。在轉(zhuǎn)錄組中，長壽調(diào)控途徑-多物種、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成、新霉素、卡那霉素和慶大霉素生物合成、碳代謝和雌激素信號(hào)通路富集程度較高(圖3h)。在代謝組中，嘌呤代謝和碳代謝富集程度較高(圖3h)。對(duì)各差異分組中檢測到的基因和代謝物進(jìn)行相關(guān)性分析，Pearson相關(guān)系數(shù) >0.8。以上結(jié)果均提示SARS-COV-2可能通過這些途徑改變b細(xì)胞代謝。綜上所述，SARS-CoV-2感染可能通過改變B細(xì)胞的代謝組和轉(zhuǎn)錄組譜來影響B(tài)CR信號(hào)通路。
4、SARS-CoV-2感染通過影響B(tài)細(xì)胞的早期激活改變BCR信號(hào)通路在B細(xì)胞擴(kuò)散方面，與健康對(duì)照組的原始B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞相比，患者初始B細(xì)胞在激活3 min時(shí)接觸面積減少，激活5min時(shí)患者記憶B細(xì)胞接觸面積明顯減少(圖4a-c)。對(duì)于總BCR信號(hào)，與健康對(duì)照組的未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞相比，患者未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞在3和5分鐘時(shí)pY的MFI顯著降低(圖4a, B, d)。與健康對(duì)照組的幼稚B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞相比，BCRs的MFI在3和5分鐘顯著降低(圖5a-c)。此外，與健康對(duì)照組的未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞相比，未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞激活后5分鐘pSHIP的MFI顯著降低(圖5a, B, d)。對(duì)于CD19的激活，與健康對(duì)照組的未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞相比，患者未感染B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞中pCD19的MFI在3和5分鐘顯著降低(圖6a-c)。這些結(jié)果表明，SARS-CoV-2感染通過抑制幼稚B細(xì)胞和記憶B細(xì)胞的早期激活改變了BCR信號(hào)通路。
本研究通過轉(zhuǎn)錄組和代謝研究，發(fā)現(xiàn)與代謝和代謝產(chǎn)物相關(guān)的基因表達(dá)失調(diào)，并且康復(fù)患者B細(xì)胞ROS增加，說明康復(fù)患者B細(xì)胞代謝增加。有趣的是，使用抗氧化劑可部分挽救康復(fù)患者的CD19表達(dá)。此外，我們發(fā)現(xiàn)感染SARS-CoV-2小鼠的脾臟中CD19的表達(dá)也減少，或可認(rèn)為CD19的表達(dá)也可能在感染患者中降低。在輕度和重度感染患者中檢測CD19的表達(dá)和B細(xì)胞的代謝狀態(tài)值得關(guān)注。此外，CD19表達(dá)與B細(xì)胞不同代謝狀態(tài)之間的相關(guān)性值得研究。更令人興奮的是，糾正B細(xì)胞中增加的ROS挽救了CD19的表達(dá)和BCR信號(hào)，這可能糾正了康復(fù)患者的免疫狀態(tài)。目前尚不清楚CD19表達(dá)降低的康復(fù)患者是否更容易再次感染SARS-CoV-2，如果這是真的，代謝調(diào)節(jié)劑如NAC有臨床預(yù)防康復(fù)患者的二次感染的應(yīng)用潛力。雖然發(fā)現(xiàn)CD19表達(dá)降低，但在康復(fù)患者B細(xì)胞中CD19 mRNA水平?jīng)]有變化，這表明SARS-CoV-2感染可能降低了CD19的表達(dá)轉(zhuǎn)錄后翻譯時(shí)期的水平。我們也從RNA-Seq檢測了BCR信號(hào)通路中的幾個(gè)分子，但沒有發(fā)現(xiàn)健康對(duì)照與患者之間BCR信號(hào)通路中CD19 mRNA和分子的差異。這或是BCR信號(hào)通路沒有出現(xiàn)在KEGG富集的信號(hào)通路中的原因。細(xì)菌和真菌感染是病毒性肺炎患者的常見并發(fā)癥，并導(dǎo)致死亡率增加。分析COVID-19患者B細(xì)胞的信號(hào)特性有助于評(píng)估COVID-19感染是否會(huì)使患者更容易感染其他疾病，也能更好地理解患者血清中的代謝異常如何影響b細(xì)胞信號(hào)，可能會(huì)啟發(fā)針對(duì)特定代謝途徑的新治療策略的開發(fā)。改變細(xì)胞代謝和氧化還原狀態(tài)的不同化合物目前正在臨床前和臨床研究中進(jìn)行測試，用于治療自身免疫性疾病，或許也能用來抑制病毒感染期間過度活躍的免疫反應(yīng)。 原文來源：Jing et al.SARS-CoV-2 infection causes immunodeficiency in recovered patients by downregulating CD19 expression in B cells via enhancing B-cell metabolism.Signal Transduction and Targeted Therapy (2021) 6:345 ; https://doi.org/10.1038/s41392-021-00749-3
