脓毒症（sepsis）是宿主对感染反应失调导致的危及生命的器官功能障碍[1]，是一种全球性的公共卫生紧急事件，影响数百万患者，是监护室（ICU）患者死亡的主要原因。尽管一些重症患者度过了危险期，但大约40%的患者没有完全康复，需要长期生命支持，导致慢性危重症（CCI）增加[2,3]。在CCI中，部分患者可能会经历长期住院、持续炎症、器官衰竭和蛋白质分解代谢增加，导致伤口愈合不良、体重减轻和免疫抑制，被称为“持续性炎症-免疫抑制-分解代谢综合征”（PICS）[4,5]。PICS是ICU患者死亡的独立危险因素，PICS患者死亡率显著高于非PICS患者[6]。
1. scRNA-seq绘制PICS和脓毒症患者免疫细胞图谱
本研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析了PICS和急性脓毒症患者的外周血单核细胞（PBMC），绘制了6名PICS患者（括4例存活患者和2例死亡患者）、5名急性脓毒症患者和5名健康对照者（HC）的免疫细胞图谱。结果发现，23个细胞簇被鉴定为8种不同细胞类型，各组间免疫细胞比例差异显著，尤其是单核细胞、T细胞、B细胞和MK等的变化，提示脓毒症损伤后机体免疫反应的显著变化，以及主要免疫细胞类型在PICS患者中类型区分的潜力。
2. PICS和脓毒症患者单核细胞亚群分类和注释
研究者深入探讨了PICS和脓毒症患者中单核细胞的免疫特征，特别是Mono1和Mono4亚群的作用。研究发现，这两个单核细胞亚群在PICS和脓毒症患者中显著增多，且特征性表达CD14+、S100A8/9+、HLA-DRB1-、HLA-DMA-和HLA-DQB1-，表现出免疫抑制特征，类似于髓源性抑制细胞（MDSC）[8,9]。通过基因本体论（GO）和基因集富集分析（GSEA），发现这两个亚群参与了炎症反应、免疫应答的调节，在脓毒症患者中免疫抑制特征显著，在PICS患者中免疫功能部分恢复，但仍低于HC组，且Mono1和Mono4的功能受损与不良临床预后相关。细胞轨迹分析显示，Mono1和Mono4主要在疾病早期和中期占主导，进一步支持它们在免疫抑制中的作用。总体而言，Mono1和Mono4亚群可能成为PICS患者临床预后的潜在标志物。
3. PICS和脓毒症患者的B细胞和浆细胞功能失调
研究者对B细胞进行了重新聚类，识别出五个亚群：naïve B、memory B细胞和三个浆细胞亚群（IGHA1-、IGHA2-和IGHG1-）。结果表明，在PICS和脓毒症患者中，naïve B和memory B细胞的比例显著下降，而浆细胞的比例显著增加。PICS患者的浆细胞比例低于脓毒症患者，提示PICS患者的体液免疫应答弱于脓毒症患者。GO分析发现，naïve B细胞和三种浆细胞亚群涉及更多免疫过程，而memory B细胞的功能受抑制。GSEA显示，PICS患者的naïve B和memory B细胞在抗原处理和呈递通路上表现出增强的基因特征。此外，PICS预后良好的患者显示更多激活的memory B细胞和IGHA1-浆细胞。总的来说，PICS和脓毒症患者的naïve B和memory B细胞功能受抑制，浆细胞数量的差异与预后密切相关，表明B细胞和浆细胞的激活与PICS预后相关。
4. PICS死亡组患者CD8TEMRA和调节性T细胞（Treg）功能障碍
T细胞在PICS和脓毒症患者中的比例低于HC。通过重新聚类，识别出10个T细胞亚群，包括4个CD4T和6个CD8T细胞亚群。PICS患者的Treg耗竭不明显，而CD8TEMRA在脓毒症患者中增多。PICS死亡组与存活组相比，CD8TEMRA比例增加，Treg比例减少，显示了免疫细胞亚群的异质性。GO分析显示，PICS死亡组患者CD8TEMRA呈现免疫激活与抑制的双重效应。PICS死亡组患者Treg活化但增殖受抑，凋亡增加，同时免疫调节基因下调，表明Treg功能可能受抑制。T细胞耗竭标志物（如LAG3和TIGIT）在PICS死亡组患者中显著上调，且凋亡基因（如TNFRSF14和CD27）也增加。总的来说，T细胞亚群的变化、Treg的功能抑制及T细胞的耗竭和凋亡都与PICS患者的免疫功能损伤及预后密切相关。
5. 巨核细胞参与炎症和免疫调节反应
目前，对PICS和脓毒症患者血液MK的转录组研究十分有限。在这项研究中，重点探讨了MK在PICS和脓毒症患者中的免疫功能变化。1379个MKs被划分为五个亚群：MK1至MK5，其中MK1和MK2占比最高(77.5%)。与HC相比，MK在PICS和脓毒症患者中显著增多，尤其是在PICS死亡组患者中。GO分析显示，MK1亚群富集了免疫相关基因集，如中性粒细胞脱颗粒和抗原处理与呈递，表明MK1亚群与免疫调节有关。MK2亚群则主要与血小板激活和血栓生成相关，表明其在血小板生产方面发挥重要作用。MK3和MK4富集与蛋白翻译和转运相关的基因，可能代表不成熟的MK亚群。MK5表现出丰富的RNA剪接、mRNA加工、RNA剪接的调节和凋亡过程，表明这些细胞可能在血液中发挥生态位支持的功能。进一步分析显示，PICS和脓毒症患者MK高表达IFITM2、IFITM3和S100A9，与抗病毒和炎症反应调节功能相关，表明MK在PICS和脓毒症中的抗感染和炎症调节功能显著激活。
6. 不同细胞类型间通讯形式的变化
CellphoneDB和CellChat揭示PICS和脓毒症患者中不同细胞群体之间的相互调节及免疫信号通路的变化。Mono1和Mono4通过TNFSF13、TNFSF10等信号分子对naïve B、memory B细胞和T细胞亚群产生抑制作用，且这些效应在脓毒症患者中较为显著，而在PICS患者中较弱。此外，PICS死亡组患者的免疫细胞之间的相互作用显著下降，显示出免疫功能的抑制，尤其是TGF-β、IL-4和IL-17等免疫反应通路的信号传导受损。与PICS存活组患者相比，PICS死亡组患者中TGF-β通路的自分泌和旁分泌信号明显减弱，且IFN-Ⅰ通路仅在PICS存活组患者激活，表明存活组患者的固有免疫和抗病毒反应较为活跃。整体来看，PICS死亡组患者的免疫细胞通信受损，导致不良临床结局。
7. PICS或脓毒症小鼠的MK发挥抗炎和免疫调节作用
本研究首次揭示了成人PICS和脓毒症患者外周血中MK的单细胞转录组特征。研究发现，MK对感染和炎症反应具有响应能力。通过小鼠模型验证的单细胞RNA测序结果发现，PICS和脓毒症小鼠外周血中的MK数量显著增加，且其抗感染基因（如IFITM2和IFITM3）和炎症相关基因（如S100A9）表达上调。细胞转输实验表明，注射PICS或脓毒症小鼠的MK后，促炎因子（如TNF-α、IFN-γ和IL-1β等）显著下降，尤其是PICS小鼠注射PICS来源的MK后，TNF-α减少。总的来说，MK在PICS和脓毒症中显著增殖，并在调节免疫-炎症反应中发挥作用，特别是在PICS中表现出明显的免疫调节功能。
综上，脓毒症后PICS患者中，呈现出由单核细胞免疫抑制介导的固有免疫缺陷和由于T和B细胞功能障碍引起的适应性免疫异常，急性脓毒症时免疫细胞组成及功能发生急剧变化，在过渡到PICS时表现出一定程度的恢复。该研究在单细胞水平上评估了脓毒症后的PICS，明确了免疫细胞亚群的特征性改变，有助于预测疾病进展和制定有效的干预措施。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.medj.2024.12.003
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编辑：柴若兰
审校：陈小星
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