接续系列1（http://www.bioon.com.cn/news/showarticle.asp?newsid=99055 文献分享 | 单细胞多组学技术揭示肿瘤耐药途径以及新靶点），James R.Heath博士与美国西雅图瑞典医学中心Jason D. Goldman合作在Cell上发表文章Multi-omics resolves a sharp disease-state shift between mild and moderate COVID-19，继续分析139名不同严重程度的COVID-19患者在诊断出感染COVID-19后第一周的临床检测、免疫细胞、血浆多组学等，描绘了轻度病人向中度病人过渡过程中出现的一些重要的临床指标和免疫细胞功能的变化，作者将超过12万个免疫特征浓缩成一个轴，以捕捉不同的免疫细胞类别在应对SARS-CoV-2时如何协调（图1）。这种免疫反应轴与主要的血浆成分变化、凝血的临床指标以及轻度和中度疾病之间的急剧过渡相一致。本研究证实，中度疾病可能为治疗干预提供最有效的环境。
图1：COVID-19病人免疫应答与疾病严重程度建立关联
延续系列1里提到的方法，研究人员根据COVID-19病人疾病的严重程度将139名病人进行评分和分组，WOS评分在1-2的为轻症，WOS评分在3-4的为中症，WOS评分在5-7的为重症，使用IsoPlexis的IsoLight系统对病人PBMC进行单细胞蛋白组的表征分析（图2）。
图2：多组学进行表征中，使用单细胞蛋白组技术表征免疫细胞功能
持续发现印证免疫细胞表现的异质性，部分细胞能够表达分泌多种细胞因子，这些细胞被称为多功能细胞。相对于其他T细胞，多功能T细胞不仅产生多种不同的细胞因子，而且可以释放出更高数量的细胞因子，其功能更强，并可以主导免疫反应。单细胞水平检测活的CD8+T细胞的32个分泌的细胞因子。通过多功能强度指数的量化，免疫细胞的多功能性与病人疾病的严重程度有非线性的相关性。就PSI指数看，健康者和轻度病例相似，但在中度严重程度时上调，且细胞分泌颗粒酶B和穿孔素的频率增加，重症患者免疫细胞的多功能性降低（图3），这与中度病例中CD8+效应簇百分比的峰值一致。因此，COVID-19中度患者的外周血CD8+T细胞反映了最高的多功能性和最高的效应表型百分比。
图3：CD8+T细胞的单细胞多功能指数PSI与COVID-19严重程度的相关性
技术重点
Polyfunctional Strength IndexTM (PSI)多功能指数PSI计算方法：
PSI = 多功能细胞 % X 分泌蛋白的信号强度
PSI直接表征细胞的多重功能性，使体外单细胞实验与体内的临床结果建立高匹配度的关联。
研究者也再深入发现单细胞水平检测活的CD4+T细胞的多功能性，并细化出CD4+T细胞分泌细胞因子中Th1细胞因子IFN-g、Th17细胞因子、IL17-F、Th2细胞因子IL-4和细胞毒性分子颗粒酶B的频率增加，在中度患者中再次达到峰值（图4）。这与之前研究提到的CD8+T细胞中看到的趋势是一致的，研究者在单细胞水平检测活的CD8+T细胞的32个分泌的细胞因子。通过多功能强度指数的量化，免疫细胞的多功能性与病人疾病的严重程度有非线性的相关性，就PSI指数看，健康者和轻度病例相似，但在中度严重程度时上调，且细胞分泌颗粒酶B和穿孔素的频率增加，重症患者免疫细胞的多功能性降低（图3），这与中度病例中CD8+效应簇百分比的峰值一致。因此，COVID-19中度患者的外周血CD8+T细胞反映了最高的多功能性和最高的效应表型百分比。
图4：CD4+T细胞的单细胞多功能指数PSI与疾病严重程度的相关性
除了关注CD8+和CD4+T细胞之外，研究者也评估了病人亚群分析和血浆分析物（使用CodePlex微流控多重蛋白组芯片）之间的单核细胞的多功能强度指数(PSI)，如下图5。与CD8+和CD4+T细胞不同的是，PSI随着COVID-19疾病严重程度而单调增加，这表明单核细胞参与了中度或重度COVID-19的促炎条件，单核细胞功能失调状态可以作为临床中快速评估的生物标志物。
图5：单核细胞PSI随着COVID-19疾病严重程度而单调增加
全面了解COVID-19患者的免疫反应对于定义治疗的有效性、预测疾病愈后和了解报告的疾病严重程度的异质性至关重要。研究者使用多组学联用的方式来整合临床观察、单细胞特征和血浆分析，力图对COVID-19病人的免疫反应有更深的理解。在多种组学技术中，单细胞蛋白组技术为免疫细胞功能的表征提供了可靠手段，其结果与疾病的严重程度呈现相关性，使其它组学技术的结果在功能研究上得到了佐证。识别轻度和中度COVID-19之间发生的非单调变化可能具有高价值，因为中度疾病阶段的治疗干预可能是最有效的。
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