越来越多的证据表明免疫系统在肺疾病的发生过程中发挥关键作用，了解肺疾病的免疫学改变有助于肺疾病免疫治疗的进展。为进一步探讨在多种肺疾病中，循环系统内免疫细胞靶向蛋白质组学和跨组学的分子特征及其异质性，以及肺部细胞和循环免疫细胞相互作用的分子特征等。

上海复旦大学附属中山医院王向东教授团队首先通过CyTOF技术，利用42个蛋白marker对健康志愿者和患者（包括肺炎，哮喘稳定期，哮喘急性发作，AECOPD，COPD和LC患者）的循环免疫细胞（PBIC）的靶向蛋白质组学信息进行了检测，重点分析了LC与非癌症疾病、急性肺部疾病与慢性肺部疾病、急性肺部原发感染与继发感染之间PBIC比例与分布的差异。其次，用 bulk RNA-seq 方法检测癌症患者PBIC的免疫应答激活，细胞周期调节等分子和信号通路信息。最后，用scRNA-seq发现免疫细胞（包括CD4+，CD8+ T细胞和NK细胞）存在显著的异质性。此外还探讨了肺间充质细胞对免疫细胞类型和免疫功能的影响，结果表明CD8a和CCR7在共培养中显著增高。研究成果 “ A cellular census of human peripheral immune cells identifies novel cell states in lung diseases”发表在Clinical and Translational Medicine杂志上。

其中，CyTOF检测和分析服务由普罗亭完成。

研究思路

CyTOF构建健康者和患者肺PBIC图谱

研究人员在呼吸系统疾病中分出九种免疫细胞（包括CD4+T细胞，CD8+T细胞，DC细胞，B细胞，嗜酸性粒细胞，γδT细胞，单核细胞，中性粒细胞和NK细胞）。急性肺炎患者PBMC中CD4+T细胞的比例明显降低，CD8+T细胞的比例明显升高；LC患者PBMC单核细胞和NK细胞的比例均明显升高；急性哮喘患者的嗜酸性粒细胞比例显著增加；结果显示CD8+T细胞亚群与中性粒细胞相似，CD8+T细胞的比例优势明显优于中性粒细胞。此外，AECOPD和急性肺炎患者CD8+T细胞明显减少(Fig.1)。

健康志愿者和患者的PBIC分为40个细胞亚群，通过PD-1、CCR7、CD45RA、CD38和HLA-DR的表达，分析健康志愿者和肺部疾病患者PBMC中CD4+和CD8+T细胞的耗竭和活化比例。活化的CD4+T细胞比例在LC、COPD和AECOPD患者中降低，而在肺炎患者中升高，在急性肺炎中耗竭极显著（Fig.2）。

Fig.2 肺炎患者外周血免疫细胞群Tex的鉴定

肺部疾病中T细胞免疫模式的研究

与健康志愿者、AECOPD、COPD和LC患者相比，急性肺炎、稳定期肺炎、急性哮喘和哮喘患者的CD4+naïve T cluster 13显著升高。共鉴定出8个TEM亚群，三个CD4+TCM亚群，两个γδT亚群，CD8+naïve T亚群，两个CD4+naïve T亚群和Treg亚群（Fig.3）。

Fig.3 外周T细胞亚群的鉴定

PBIC bulk RNA-seq和scRNA-seq

通过比较健康组、LC患者和以AECOPD为代表的非癌症患者的基因表达，发现与正常对照组比较，LC中有1个基因表达上调，30个基因表达下调；AECOPD中有4个基因表达下调，39个基因表达上调。与AECOPD比较，LC组TRBV24-1表达明显下调。KEGG分析显示，与健康样本相比，LC中泛素介导的蛋白水解、TGF-β信号通路和癌症中的三个信号通路均下调（Fig.4）。

scRNA-seq结果表明，中性粒细胞及其亚型是急性肺炎PBICs的主要成分。急性肺炎患者4个基因表达减少，18个基因表达增加；CD8+T细胞G蛋白偶联受体183和CCR7表达呈阳性（Fig.5）。

TCs-PBIC相互作用的潜在机制

TCs是一种新型的间质细胞，其细胞间通讯在急性肺损伤中起重要作用。来自急性肺炎患者的PBICs与来自肺切片的原发TCs之间共培养，随后通过CyTOF检测免疫细胞类型和免疫功能的变化。CD40L和Eomes在急性肺炎时明显升高，与TCs共培养后明显降低。与肺炎组比较，CD8a、CD14、CD270、CD59表达水平升高，CD16、CTLA4表达水平降低。肺炎患者CD66、CD40L和GATA3的表达水平升高，与TCs共培养后表达水平下降（Fig.6）。

文章总结

研究人员在蛋白质组学（CyTOF）、转录组学（bulk RNA-seq&scRNA-seq）等不同分子水平，在疾病的不同阶段和性质和多方面的认识上，确定了不同肺部疾病之间PBIC亚群的分布和功能差异，发现急性肺炎和稳定期肺炎存在耗竭的CD4+T细胞亚群。循环免疫细胞的蛋白质组和转录图谱以及异质性为理解免疫细胞功能、相互作用和调控的新分子机制提供了新的见解，为识别和开发肺部疾病的生物标志物和靶点提供了来源。

【参考文献】Song D, Yan F, Fu H, et al. A cellular census of human peripheral immune cells identifies novel cell states in lung diseases. Clin Transl Med. 2021.

【原文链接】https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34841705/