Cell新文精读｜Olink联合多组学揭秘婴幼儿感染新冠后系统免疫图谱

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背景介绍

婴幼儿免疫系统组成和功能与成人不同，其在出生后的数周至数月逐渐成熟。现已有研究描述了健康婴儿免疫系统成熟的过程，但迄今为止还没有对婴儿感染后的免疫反应进行全面、长期的系统分析。特别是新生儿出生后对SARS-CoV-2病毒免疫力评估也是当前的知识空白。与成年人不同，婴儿和儿童在感染后表现出较轻的症状，但也观察到了个别严重病例和死亡病例。之前的报道主要描述了年龄较大的儿童（中位年龄为5岁）对COVID-19的免疫反应，这些儿童具有相对成熟的免疫系统，然而对于婴儿免疫系统在出生后的最初几周和几个月内如何应对SARS-CoV-2感染，我们至今知之甚少。

图源：s4a.org.uk

新文速递

德国图宾根大学联合斯坦福大学、埃默里大学和美国辛辛那提儿童医院医学中心团队最新成果发表于Cell（IF = 66.85）杂志，文中对婴儿出生后数周至数月感染SARS-CoV-2（包括Omicron在内的多种变体）后的免疫系统图谱进行了深入研究。该研究采用Olink Target 炎症panel分析了婴幼儿与成人受试者血液与鼻腔样本中的92 种炎症相关蛋白，并结合多组学方法，包括scRNA-seq和ATAC-seq等，利用出生后数周至数月的婴幼儿纵向队列，系统而全面地描绘了婴幼儿感染SARS-CoV-2后的免疫图景。

研究表明，婴幼儿在感染后的最初数月具有强大且持续的免疫力，抗体浓度长达300天无衰减迹象。婴幼儿感染后表现出了强烈的黏膜免疫反应。在血液中的非典型先天性免疫表现为：无促炎标志物、高IFNα和高趋化因子。此外，该研究还构建了婴幼儿感染后的单细胞转录组和表观基因组景观图。

研究设计

IMPRINT队列中54名被感染婴幼儿（其中包括 27 名感染前样本配对的婴儿）的血液和鼻拭子样本被采集。此外，研究还采集了成人队列样本，以及41位轻症患儿母亲的样本。

研究布局

研究人员旨在解决以下三个关键问题：

婴幼儿感染病毒后产生了多大程度的持久抗体反应及 T/B 细胞记忆？
鉴于婴幼儿感染症状较轻，与成人相比，先天性免疫激活特点是什么？
COVID-19是否也会长远影响婴幼儿逐渐成熟的免疫系统？

亮点结果

● 强大而持续的免疫反应

对结合抗体和中和抗体的滴度测量表明，成人和婴幼儿的抗体均在首次阳性检出后的4-5天出现，但与成人的抗体反应在数月后显著下降明显不同，婴幼儿产生了强烈的免疫反应，并在随后的300天内持续保持。对婴幼儿，成人和母亲血液样本中的IFNα2进行检测，发现与感染前相比，感染后IFNα2的水平有所升高。

随后，研究人员对婴幼儿和成人外周血单核细胞（PBMC）中SRAS-CoV-2的特异性记忆性B细胞和T细胞进行了测定。发现婴幼儿的记忆性B细胞反应与成人相比十分有限，其特异性记忆B细胞（MBCs）的反应强度和持续时间更低。此外，婴幼儿的记忆T细胞反应与成人相比也有所减少。与成人相比，婴幼儿的CD4 T细胞应答约降低了两个数量级。

● 黏膜与全身免疫反应差异

之前的研究表明，在COVID-19感染期间的先天免疫系统失调，包括炎症血浆细胞因子反应，与病程的严重程度有关。研究人员检测了77名婴幼儿和25名成人共146份血浆样本中的92种蛋白质。结果表明，健康婴儿和成人的细胞因子和趋化因子具有差异，如IL-17A、IL-17C、IL-12B、TNFRSF9 、CD8A、CD5、CD6、CCL20 ，CCL19 和TNFSF14水平更高。这些标志物中大多与T细胞和Th17极化有关。纵向分析显示，在感染后第0-5天，一组趋化因子（CXCL10、IL-8、IL-18R1、CSF-1和CX3CL1）短暂上调，并在第5天左右短暂下调。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍为了进一步验证婴儿与患有轻度COVID-19症状的成人的细胞因子谱的差异，研究者比较了婴儿队列与41名患有轻度或无症状疾病的母亲的血浆炎症因子水平。虽然成人IL-6和CXCL10水平升高，但婴儿IL-8、CXCL1和CX3CL1水平明显较高。此外，婴幼儿血浆中的IFNα2反应与成人一致。尽管感染早期的鼻拭子数据显示成人和婴幼儿的病毒载量相似，但在感染的婴幼儿血浆中，研究人员发现了明显的细胞因子反应，其特征为可忽略的促炎介质和趋化因子的短暂升高。特别是趋化因子IL-8、CXCL1和CX3CL1，它们是中性粒细胞和髓系细胞募集和激活的关键介质。

IFN驱动的血浆细胞因子对婴幼儿COVID-19感染的反应

对鼻拭子样本中的炎症因子进行分析，研究人员发现婴幼儿的鼻黏膜免疫反应表现出高度的激活。在感染的前5天，婴幼儿鼻黏膜中的炎症因子（IL-6、IL-8、TNF-a和IL-17C）和各种趋化因子显著升高。此外，婴幼儿黏膜免疫反应的特征与Th17反应相关的细胞因子和趋化因子相关。先前的研究表明了Th17和粘膜相关T细胞在婴儿体内的活性增强，Th17细胞和中性粒细胞之间的趋化因子依赖性关联，以及Th17细胞在支持抗体反应中的作用。这表明Th17细胞和中性粒细胞之间的关联可能在协调婴儿对SARS-CoV-2的先天和适应性免疫中发挥作用。综上所述，鼻道粘膜免疫的快速诱导可能通过抑制病毒在鼻子中的复制而有助于婴幼儿的轻度病程。而婴幼儿及成人鼻黏膜免疫反应的差异可能来源于婴儿微生物组的起源，早期免疫系统的差异，或婴儿黏膜中病原体的频繁存在。

● 单细胞表观遗传学景观

研究人员使用单细胞ATAC-seq技术测定了感染期间染色质可及性的全局变化。研究表明，疫苗和感染等免疫事件能够对先天免疫系统的表观遗传景观产生持久影响。研究人员随后构建了一个多组学网络，发现CD16+单核细胞在以炎症、先天激活、PAX3和AP-1 BTMs为特征的急性感染期间上调了一个额外的基因程序。有趣的是，IFNα2与这些基因无关。这表明在婴幼儿独有的CD16+单核细胞中诱导了一种独特的、与IFN无关的炎症程序。

此外，研究人员还观察到，婴幼儿在恢复期的表观遗传变化与成人相比更具有一致性。对这种差异的可能解释是，婴幼儿的疫苗接种引起了频繁的免疫激活，并模糊了COVID-19感染的表观基因组印记。

写在最后

多组学研究提供了生命早期感染的免疫动力学新见解和可参考数据集，并揭示了强大的黏膜免疫激活和强烈且持久的抗体反应。而相反的是，血浆中的炎症标志物缺乏，表示这种先天性免疫反应和促炎细胞因子反应间的明显脱节，提示非经典先天激活可能在婴幼儿群体中驱动了持续的体液免疫。