解放軍總醫(yī)院揭示膿毒癥免疫功能失調(diào)新機(jī)制

近日，解放軍總醫(yī)院醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究部轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心姚詠明教授團(tuán)隊(duì)在國際重要生物醫(yī)學(xué)期刊《治療診斷學(xué)》（Theranostics）（中科院一區(qū)期刊）發(fā)表題為《單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序繪制膿毒癥免疫細(xì)胞時(shí)空?qǐng)D譜，揭示保守的樹突狀細(xì)胞調(diào)控程序》（Single-cell transcriptome profiling of the immune space-time landscape reveals dendritic cell regulatory program in polymicrobial sepsis）的長篇論著。該研究首次繪制了基于膿毒癥狀態(tài)下多器官多時(shí)間點(diǎn)免疫細(xì)胞圖譜，揭示了一種物種間保守存在的樹突狀細(xì)胞調(diào)控程序，為深化對(duì)膿毒癥免疫功能紊亂發(fā)病本質(zhì)的認(rèn)識(shí)開辟了新途徑。

根據(jù)最新定義，膿毒癥（sepsis）是機(jī)體對(duì)感染反應(yīng)失調(diào)所致危及生命的器官功能障礙，系急危重癥傷員和患者最主要的死亡原因，一直是現(xiàn)代戰(zhàn)創(chuàng)傷外科和危重病醫(yī)學(xué)面臨的世界性難題。最新的全球疾病負(fù)擔(dān)研究顯示，2017年全世界仍有近5000萬人罹患膿毒癥，并造成了1100萬人的死亡，約占全部死亡病例數(shù)的五分之一。膿毒癥和膿毒性休克發(fā)病率高、進(jìn)展迅速、死亡率高，已成為全球健康損失的主要原因之一，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了巨大負(fù)擔(dān)。近年來，膿毒癥患者的早期生存率較之前雖有所提高，但總體死亡率及晚期預(yù)后仍未得到明顯改善，這與長期以來人們對(duì)于膿毒癥造成機(jī)體免疫功能紊亂的確切機(jī)制認(rèn)識(shí)不足密切相關(guān)。

近年來，學(xué)者們注意到機(jī)體免疫功能障礙參與了膿毒癥的發(fā)生發(fā)展過程，但其具體分子與細(xì)胞機(jī)理仍有待闡明。因此，深入探究膿毒癥時(shí)機(jī)體免疫反應(yīng)失調(diào)的機(jī)制及病理生理學(xué)特點(diǎn)將為進(jìn)一步設(shè)計(jì)有效的干預(yù)靶點(diǎn)及治療策略提供重要理論依據(jù)。然而由于技術(shù)受限等多種原因，目前對(duì)于膿毒癥免疫反應(yīng)的臨床前研究還停留在對(duì)單種免疫細(xì)胞的獨(dú)立研究，而未對(duì)整體膿毒癥免疫微環(huán)境及免疫細(xì)胞間相互作用進(jìn)行更深入細(xì)致的探索，使得這些研究的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用面臨重重困難。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序作為一種新興的測(cè)序手段，相較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)擁有更強(qiáng)的分辨能力，能夠在單個(gè)細(xì)胞水平上構(gòu)建基因表達(dá)譜，可精準(zhǔn)解析細(xì)胞間異質(zhì)性，從而發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞亞群，并幫助人們深入了解細(xì)胞分化過程中的調(diào)控途徑。近些年，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)主要應(yīng)用于腫瘤及干細(xì)胞發(fā)育等領(lǐng)域，但隨著其普及和成本降低，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種人類疾病的研究之中。

姚詠明教授團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助下，以膿毒癥免疫紊亂為研究切入點(diǎn)，采用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)對(duì)膿毒癥動(dòng)物模型不同時(shí)間點(diǎn)外周血、脾臟和骨髓來源的CD45+細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)多種免疫細(xì)胞亞群在膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中出現(xiàn)明顯改變。其中，樹突狀細(xì)胞（DC）的改變尤為顯著，且與多種免疫細(xì)胞類型存在豐富的相互作用。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，DC亞群中存在一類新的“富含免疫調(diào)節(jié)分子的成熟樹突狀細(xì)胞”（mregDC），其占比在膿毒癥炎癥反應(yīng)亢進(jìn)階段顯著上調(diào)。系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，cDC1及cDC2均可向mregDC分化，相較其他DC亞群，其具有更強(qiáng)的促進(jìn)CD4+T淋巴細(xì)胞增殖能力，并誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞向輔助性T細(xì)胞2及調(diào)節(jié)性T細(xì)胞亞型分化。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，mregDC調(diào)控程序的啟動(dòng)與IFNGR2-STAT3及TNFRSF-NF-κB信號(hào)軸密切相關(guān)。此外，該研究利用公開發(fā)表的單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)，在小鼠急性腎損傷模型及重癥新型冠狀病毒肺炎患者組織樣本中均發(fā)現(xiàn)了mregDC的上調(diào)，進(jìn)一步驗(yàn)證了其在不同器官及物種間存在保守性。

基于上述研究結(jié)果，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)既往系列工作，姚詠明教授團(tuán)隊(duì)提出了膿毒癥免疫功能障礙發(fā)病機(jī)制的新認(rèn)識(shí)：即膿毒癥炎癥反應(yīng)亢進(jìn)狀態(tài)下，DC亞群中mregDC調(diào)控程序被啟動(dòng)，mregDC比例顯著升高；上調(diào)的mregDC通過調(diào)控T淋巴細(xì)胞免疫反應(yīng)，從而使機(jī)體恢復(fù)免疫反應(yīng)平衡，并最終緩解膿毒癥引起的多器官損傷。這些發(fā)現(xiàn)有助于人們深刻理解膿毒癥引發(fā)免疫功能失調(diào)的細(xì)胞與分子基礎(chǔ)，引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)前沿和未來發(fā)展方向，將為膿毒癥免疫調(diào)理策略提供新思想、開辟新路徑。（吳玨）