大量细胞因子的释放会导致COVID-19的某些症状加重。当大量的免疫细胞释放细胞因子时,炎症增加,并形成一个反馈循环,从而使得更多的免疫细胞受到激活,这种现象有时也被称为细胞因子风暴(cytokine storm)。
来自美国哈佛大学和布莱根妇女医院等研究机构的研究人员指出一些细胞因子在高浓度水平时也可能阻止受感染的人产生长期免疫力,这是因为观察到感染者很少制造产生持久免疫反应所需的B细胞类型。该文章于2020年8月19日发表于CELL上。
B细胞在生发中心发生分化,分化和抗体基因变化是建立针对传染性病原体的免疫力所必需的。生发中心是在感染或接种疫苗期间在淋巴结和脾脏内形成的结构。在这些结构中,B细胞成熟后成为长寿的“记忆”细胞。这个过程,加上抗体基因的可控突变,使得免疫系统能够筛选B细胞并使得它们永生化,这就让它们对特定病原体产生最好的抗体。当身体再次遭受感染时,就能够快速有效地识别和攻击病原体。为了形成生发中心,B细胞依赖于另一种称为辅助性T细胞的特殊类型免疫细胞的重要支持。
研究人员检查了急性SARS-CoV-2感染后死者的胸淋巴结和脾脏,并观察到生发中心缺失、Bcl-6+生发中心B细胞显著减少,但AID+B细胞得以保存。
重症COVID-19的患者中,释放的最丰富的细胞因子之一是TNF。在感染的小鼠中,TNF似乎阻止了生发中心的形成。在之前的细胞因子风暴模型中,当给小鼠注射阻断TNF的抗体或剔除TNF基因时,生发中心能够形成。并且发现死于COVID-19的患者的淋巴结时,发现这些器官中的TNF水平很高。TNF可能也在阻止COVID-19患者的生发中心形成。研究人员同时研究处于COVID-19不同阶段的活动性感染者的血液和淋巴组织。他们发现,虽然生发中心没有形成,但B细胞仍然被激活并出现在血液中,这将使得这些患者产生一些中和抗体。这些数据在COVID-19疾病早期发现了缺陷的Bcl-6+TFH细胞生成和体液免疫诱导失调,从而为冠状病毒感染中抗体应答的有限持久性提供了机制解释,并暗示通过自然感染实现群体免疫可能很困难。
实验部分:
组织样本切片的成像及图像定量分析利用TissueFAXS Cytometry 系统。
1对5色免疫荧光组织样本(FITC,Cy3,Cy5,AF75和DAPI)进行全景成像。
2使用TissueQuest软件对特定细胞表型识别与定量分析,精准确定cutoff线阈值的设置位置,进而区分阴阳性细胞。
3 类似于流式细胞术,利用StrataQuest软件对7色多重免疫荧光标记的组织样本进行定量分析。
4 StrataQuest软件量化细胞间的接触范围,以DAPI染色的细胞核为基础自动建立胞质边界,利用该算法准确识别组织中各个细胞。
Figure 1 COVID-19患者早期生发中心消失,Bcl-6 +生发中心B细胞丢失但AID + B细胞在淋巴结中仍然存在。
A、B:重症COVID-19患者在早期与晚期胸腔淋巴结影像,并且生发中心缺失。
D、E:B细胞和T细胞均在患病早期大量丢失,细胞数量下降至对照组的三分之一
C、F、G:表达Bcl-6的生发中心B细胞在COVID-19患者中显着减少,但是保留了表达AID的B细胞。
Figure 2 COVID-19患者脾脏中Bcl-6 +生发中心B细胞数量明显减少。
在同一组COVID-19患者的脾脏分析显示,有大量的红髓和少量的白髓;B细胞和T细胞显著减少;Bcl-6 +生发中心B细胞明显减少。
Figure 3: COVID-19相关的CD4 + CXCR5 + Bcl-6 +生发中心T滤泡辅助细胞减少
本图为了研究COVID-19中生发中心消失,探讨了组织微环境或许有助于缺陷性T滤泡辅助细胞分化。
A、C、E、G:早期、晚期疾病的淋巴结和脾脏中,CD4 + ICOS + TFH细胞数量均减少,CD4 + CXCR5 + TFH细胞仍然存在但数量减少。
B、D、F、H:CD4 + Bcl-6 +生发中心型TFH(GC-TFH)细胞的数量大幅度减少。
Figure 4:严重COVID-19患者中次级淋巴器官TH1细胞出现频率增加
假定GC-TFH细胞数量的减少反映了分化障碍,需要研究确定该种细胞数量的减少是否局限于该特定CD4 + T细胞亚群。 利用T-bet,GATA-3,RORγt和FOXP3作为关键标记,对淋巴结和脾脏中的CD4 + T细胞亚群数量进行定量分析。 与GC-TFH细胞数量减少不同,在淋巴结和脾脏中,TH1细胞在早期和晚期均持续增加,而TH17细胞的增加变化更加明显。