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电影以新冠肺炎防控的真实事件改编，记录了全国援鄂医疗团队和人民群众艰苦卓绝的抗疫斗争，而在湖北之外，全球医学科研将士也早已行动起来，对新冠的研究也从未停歇，今天小编为大家介绍的文章来自于李兰娟院士团队——应用单细胞测序探究COVID-19患者单核细胞免疫学特征，为新冠病毒的预防治疗提供了新的思路。

本研究由浙江大学医学院李兰娟院士团队，于2021年6月12日发表在Engineering（IF 7.553）上，题目为Identification of Monocytes Associated with Severe COVID-19 in the PBMCs of Severely Infected Patients Through Single-Cell Transcriptome Sequencing。

烈冰生物有幸参与了本研究的单细胞生物信息数据分析工作。下面，我们一起了解下本文研究思路和数据分析过程。

1. 样本信息

实验分组

健康组：6例健康外周血样本（N1-N6）

患者组：14例患者样本——【3例重症患者（S1-S3），4例中度患者（M1-M4,其中M2患者后期由中度转为重症患者），7例恢复期患者（R1-R7）】

样本处理：静脉外周血，分离PBMC 梯度冻存，至实验捕获

单细胞捕获平台：BD Rhapsody

捕获细胞数：共84095个细胞，平均每个样本有4205个细胞

2.单细胞分析工具

接下来，小编将从以下几个方面为大家介绍一下这篇文章中的主要研究成果。

3.研究成果解析

1.COVID-19患者和健康人的PBMC细胞类型鉴定

研究者对COVID-19患者和健康志愿者的PBMC样本进行了单细胞测序，共获得84095个细胞，注释细胞类型10种，主要包括单核细胞，巨噬细胞，树突状细胞（DC），CD4+ T细胞，CD8+T细胞，B 细胞，NK细胞，浆细胞，巨核细胞和红细胞。在COVID-19患者单核细胞比例显著增加，细胞群体多样性降低，而恢复期该群细胞有所减少，说明单核细胞可能在COVID-19的发病机制中发挥重要作用，且图1（b）显示重症患者的单核细胞进行了强烈改造重塑。

图1 COVID-19患者组和健康组PBMC的单细胞图谱分析鉴定

2.COVID-19重症患者的单核细胞亚群分析和基因表达模式

研究者对单核细胞群体进行sub-Cluster，鉴定了 12种单核细胞亚群，其中细胞亚群Mono0和Mono5特异性存在于样本重症和前重症患者中（S1-S3和M2）。进一步，通过差异基因分析和GoPathway分析发现，Mono0和Mono5特异性高表达纤维化特征基因（如AREG，EREG，ADAMTS2等），AREG和EREG与表皮生长因子受体(EGFR)结合激活ErbB相关信号通路，可能推动了新冠肺炎的纤维化特征（图2）。

图2 单核细胞亚群细分和基因表达模式

3.单核细胞亚群的拟时序分析

为了研究单核细胞亚群之间如何关联，作者进一步通过拟时序分析，探究了单核细胞从中度到重度（危重）或从重度（危重）到恢复过程中的基因表达模式，并构建演化基因表达模式图，发现从相对正常的单核细胞簇到严重疾病特异性簇(Mono 0和Mono 5)过程中，糖酵解/糖异生、HIF-1信号通路、肿瘤坏死因子(TNF)信号和ErbB信号被上调，而抗原加工和呈递、吞噬作用和细胞间粘附被下调（图3）。

图3 单核细胞亚群的拟时序分析

总结

总的来说，本研究利用单细胞测序技术，对不同感染进程的COVID-19患者的PBMCs进行研究，发现了特异性的单核细胞群体（Mono 0 和Mono 5 ），其基因表达模式发现该两群细胞表现出促纤维化和促炎症的特征，可作为重症患者的潜在早期预测标志物，为更好地了解COVID-19的致病机制提供了新思路。

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