部分感染SARS-CoV-2的患者会发展为重症肺炎及急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。据报道，重症SARS-CoV-2肺炎患者的死亡率为20%-40%，加之一些患者严重的全身炎症反应，导致人们猜测SARS-CoV-2肺炎的病理机制与其他呼吸道病毒和细菌病原体引起的肺炎可能不同。

本文介绍2021年发表在Nature的一项研究。

研究方法

此研究对因SARS-CoV-2肺炎或其它原因气管插管机械通气患者的支气管肺泡灌洗液（BALF）巨噬细胞进行转录组测序，并对10名重症SARS-CoV-2肺炎患者的BALF进行单细胞测序，通过测序数据形成能够解释SARS-CoV-2病理学的假设。

研究结果

1、队列的人口学特征

研究前瞻性地纳入了88名需要机械通气的SARS-CoV-2肺炎患者，并在SARS-CoV-2流行前和流行期间纳入253名需要机械通气的其它类型患者，包括因肺炎以外的原因插管（非肺炎对照）、其他病毒性肺炎或继发于细菌或真菌病原体的重症肺炎。

SARS-CoV-2肺炎患者的年龄、种族和性别特征与其它患者相似，但西班牙裔或拉丁裔的比例和BMI明显更高。除此之外，SARS-CoV-2肺炎患者的APS及SOFA评分、死亡率也与其它类型患者相近，但其ICU住院时间及机械通气时间更长。

图1 (a) SARS-CoV-2感染期间的肺泡模型：正常肺泡内含有表达ACE2的Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞（AT1、AT2）和组织驻留的肺泡巨噬细胞（TRAM），SARS-CoV-2感染上述3种细胞。感染的TRAM表达T细胞趋化因子，效应记忆 T 细胞识别 TRAM 呈递的 SARS-CoV-2 抗原并产生 IFN-γ，进一步激活 TRAM 以产生细胞因子和趋化因子。活化的T细胞增殖并继续产生IFN-γ，最终导致受感染的TRAM死亡和单核细胞募集，单核细胞迅速分化为单核细胞来源的巨噬细胞（MoAM）。募集的MoAM感染SARS-CoV-2，继续向T细胞呈递抗原并形成正反馈回路，直到病毒清除。(b) 重症 COVID-19 患者的入院时间、BALF收集时间、机械通气持续时间和住院时间。(c)-(k) 患者的人口学特征及临床资料。

2、COVID-19不同的巨噬细胞反应

插管48小时内收集的BALF的流式细胞结果表明，尽管重症肺炎需要机械通气，仅有31%的重症COVID-19患者BALF中有中性粒细胞增多（定义为中性粒细胞比例＞50%），且重症SARS-CoV-2肺炎患者肺泡内为T细胞和单核细胞富集。

分离SARS-CoV-2肺炎患者和其它患者插管48小时内收集的BALF的肺泡巨噬细胞并比较其转录组学，通过k-means聚类对1194个差异表达基因（DEGs）分成5类，cluster1包含COVID-19 患者特异性上调的基因，其特征在于参与干扰素应答的基因表达上调，同时也包含编码募集单核细胞和T细胞趋化因子的基因，如CCL7、CCL8和CCL13。

图2 (a) 插管后48小时内收集的BALF流式细胞术的层次聚类 (b) 插管48小时内的细胞比例（q＜0.05，q为FDR校正后的p值）(c)1194个DEGs的k-means聚类（q＜0.05）

3、SARS-CoV-2引起的肺炎持续存在

来自连续采样患者所有时间点的BALF进行层次聚类以及组间早期（插管后48小时内）与晚期（插管后超过48小时）样本的直接成对比较表明，与其他肺炎的BALF相比，COVID-19患者的样本中T细胞持续富集，这在40%的重症SARS-CoV-2肺炎患者中持续存在。

对机械通气过程中早期和后期分离的肺泡巨噬细胞进行RNA-seq，通过k-means聚类将2323个DEGs分为5类，结果与插管后48小时内的结果相似。具体而言，来自COVID-19 患者的样本继续聚集在一起，cluster1中包含干扰素应答的相关基因和 T 细胞趋化因子。

图3 (a) 来自连续采样患者所有时间点的BALF流式细胞术分析的层次聚类 (b) 插管早期和晚期BALF中CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和中性粒细胞百分比的比较（q＜0.05）(c) 2323个DEGs的k-means聚类（q＜0.05）

4、SARS-CoV-2肺炎中的免疫细胞回路

对10名COVID-19患者、1名细菌性肺炎和1名非肺炎对照患者气管插管后48小时内收集的BALF进行单细胞测序表明，肺泡巨噬细胞包括6个亚群，其中MoAM的4个亚群的特征在于 CCL2 表达和与肺泡巨噬细胞成熟相关的基因表达逐渐增加，另外2个亚群则表达TRAM的标志物。在COVID-19患者临床病程后期获得的BALF中，未检测到Ⅰ型干扰素的表达，但在10名 COVID-19 患者的 T 细胞中均检测到 II 型干扰素（IFNG）的表达。这些结果表明，在肺泡巨噬细胞中观察到的干扰素应答基因特征可能是对活化 T 细胞释放的 IFN-γ 的反应。

与未感染的TRAM1相比，感染SARS-CoV-2的TRAM2细胞表现出独特的转录特征。与未感染的TRAM1细胞相比：1.TRAM2表达募集T细胞和单核细胞重要的趋化因子和细胞因子，如 CCL4、CCL20、CXCL10 和 CXCL11；2.TRAM2表达IL1B, TNFSF10和DEFB1；3.受感染的TRAM2细胞的干扰素应答基因表达增加。

既往研究表明，IL-6 水平升高可预测 COVID-19 患者的死亡率。在此研究中，IL-6的总体表达较低，仅见于2例患者的未成熟MoAM1细胞中。COVID-19 患者 BALF细胞中 IL-6 的表达水平与先前报道的 COVID-19 晚期患者肺泡巨噬细胞中 IL-6 表达水平相似，在RNA-seq数据中，COVID-19 患者肺泡巨噬细胞的IL-6表达水平与其它类型肺炎患者相比无明显差异，但高于健康对照组。

图4. (a) 插管后48小时内从10名重症COVID-19患者中分离出的77146个细胞的UMAP图。(b) 两个TRAM亚群（TRAM1 和 TRAM2）和四个MoAM亚群（MoAM1、MoAM2、MoAM3 和 MoAM4）中选定目标基因表达的热图。(c) IFNG表达局限于T细胞。(d) SARS-CoV-2转录本检测。(e)-(g) TRAM2细胞中CXCL10、CCL4和IL1B的特异性上调。(h) 选定的DEGs在2个TRAM亚群中的热图。(i）SRAS-CoV-2感染具有空间局限性。结合CD206（一种成熟巨噬细胞标志）的免疫荧光显微（红色箭头）和SARS-CoV-2正链（黄色箭头）和负链（青色双头箭头）转录本的单分子荧光原位杂交（smFISH）。扩展区域显示邻近的肺泡内感染与未感染的巨噬细胞。

研究结论

此研究提出了一种SARS-CoV-2感染模型，即含有 SARS-CoV-2 的肺泡巨噬细胞与分泌 IFN-γ 的 T 细胞形成正反馈回路，以促进重症 COVID-19 患者的肺泡炎症。

这种缓慢进展的、空间受限的SARS-CoV-2感染模型解释了COVID-19的一些不寻常的临床特征。例如，重症SARS-CoV-2肺炎的临床病程明显长于其它呼吸道病毒。SARS-CoV-2感染患者从症状出现至呼吸衰竭的时间为6-12天，而流感病毒感染为1-3天甚至更短。在此项研究中，尽管疾病的严重程度和死亡率相似，重症SARS-CoV-2肺炎患者的机械通气时间和ICU住院时间均比其它呼吸道病原体引起的肺炎长。较长的临床病程可能能够解释疾病引起的一些全身并发症，且COVID-19患者和其他肺炎患者的血液中炎症生物标志物水平相似。

该结果提供了一种可能性，即在SARS-CoV-2肺炎患者中观察到的全身并发症数量的增加与长期而不是更高水平的循环炎症细胞因子暴露有关。

文献来源：Grant, R.A., et al., Circuits between infected macrophages and T cells in SARS-CoV-2 pneumonia. Nature, 2021. 590(7847): p. 635-641.

整理：王亚齐 - 北京协和医院呼吸与危重症医学科在读硕士，师从田欣伦教授；审核：田欣伦教授 - 北京协和医院呼吸与危重症医学科主任医师，硕士生导师

本文转载自公众号「帅府园论坛」（ID：shuaifuyuanluntan）

原链接戳：SARS-CoV-2肺炎中受感染巨噬细胞和T细胞之间的回路

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

责编：Jerry