摘要：原文作者：Haiyu Li, Yongyao Tang, Yujing Wang, Yue Li, Yi Yang, Kui Liao, Fangzhou Song, Shixiong Deng, Yaokai Chen
原文题目：Single-cell sequencing resolves the landscape of immune cells and regulatory mechanisms in HIV-infected immune non-responders
原文作者：Haiyu Li, Yongyao Tang, Yujing Wang, Yue Li, Yi Yang, Kui Liao, Fangzhou Song, Shixiong Deng, Yaokai Chen
研究背景与目的
HIV感染后，虽然经过抗病毒治疗（Antiretroviral Therapy，ART），大部分患者的病毒复制能够得到有效抑制，并且CD4+T细胞数量也显著恢复，但仍有约15～20%的患者，即免疫无应答者（Immune Non-Responders，INRs），尽管病毒被抑制，其CD4+T细胞数量依然无法恢复至正常水平。这类患者比免疫应答者（Immune Responders，IRs）更容易受到机会性感染及非AIDS相关疾病的影响，导致更高的病发率和死亡率。
INRs的免疫重建失败现象背后的机制仍不完全清楚。已有的研究表明，低CD4+T细胞计数增加了这些患者罹患心血管疾病、肝肾疾病及神经认知疾病的风险，同时与AIDS相关及非AIDS相关肿瘤的发生密切相关。为了深入理解免疫重建失败的机制，本研究通过单细胞RNA测序（Single-cell RNA Sequencing， scRNA-seq）和单细胞转座酶可及染色质测序（Single-cell Assay for Transposase-Accessible Chromatin Sequencing，scATAC-seq）技术，分析了来自INRs和IRs的外周血单个核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cells，PBMCs）的转录组和染色质可及性，揭示了关键免疫细胞类型的谱系和功能差异。本研究特别关注黏膜相关不变T细胞（Mucosal-Associated Invariant T cells，MAIT）在INRs中的作用，发现其线粒体功能受损及凋亡信号增强，可能是导致INRs免疫功能障碍的重要原因之一。研究旨在为未来改善INRs的治疗策略提供新的理论依据和潜在靶点。
研究方法
本研究共招募了4名HIV感染者，包括2名INRs和2名IRs。从他们的PBMCs中提取样本，使用10×Genomics的液滴scRNA-seq技术，分析了单细胞的转录组谱系。同时，采用scATAC-seq技术研究这些细胞的染色质可及性。数据处理后，共回收了12,086个细胞，其中INRs为5,172个，IRs为6,915个。分析结果显示INRs中MAIT的比例显著减少，且表现出线粒体功能受损和凋亡信号增强的特征。此外，基因组功能注释和信号通路富集分析（Gene Ontology and KEGG enrichment analysis，GO和KEGG分析）进一步揭示了这些细胞中的差异基因在免疫重建失败中的潜在机制。
研究结果
1 MAIT细胞在INR中的显著减少及功能失调
研究发现，INRs中的MAIT细胞比例显著降低（图1A～B）。这些MAIT细胞表现出线粒体功能受损和凋亡信号增强的转录特征（图2A～D）。在对细菌的刺激下，INRs中的MAIT细胞产生的干扰素γ水平显著低于IRs和健康对照组，表明其对病原体的免疫应答功能受损（图1C～D）。
图 1 INRs中来源的MAIT功能失调
图 2 来源于INRs的MAIT细胞的凋亡基因表达谱
2 TFAM和PPARA表达下调的影响及免疫细胞功能差异分析
通过scATAC-seq分析，发现INRs中MAIT细胞的关键线粒体调控因子线粒体转录因子A（Tranion Factor A, Mitochondrial，TFAM）和过氧化物酶体增殖物激活受体α（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Alpha，PPARA）的表达显著降低，这导致了线粒体功能障碍（图3E，3F）。此外，CD4+T细胞在INRs中表现出高表达的细胞毒性基因，提示这些细胞在HIV感染中的潜在特殊功能（图4A～C）。单细胞分析显示，INRs中的CD4+T细胞显著减少，且其细胞毒性功能与其高表达的细胞毒性基因有关（图4B，4C）。尽管CD8+T细胞在INRs和IRs中的比例差异不大，但其功能表现出显著差异，可能与不同的生物学功能相关（图5A～G）。
图 3 MAIT细胞中TFAM和PPARA的表达及转录因子基序富集分析
图 4 INRs和IRs中CD4+T细胞中细胞毒性基因的表达谱和比例
图 5 INRs和IRs中CD8+T细胞的分化及基因表达分析
3 T细胞分化轨迹分析及细胞因子谱的差异
研究发现INRs中的T细胞（包括MAIT和CD4+T细胞）分化轨迹显示出明显的中断和不连续性，与IRs中T细胞的连续分化轨迹形成鲜明对比，表明INRs的免疫细胞发育可能受到障碍（图6A～C）。通过细胞因子微阵列和液相悬浮微阵列技术检测，INRs的血浆中多种细胞因子的水平显著高于IRs（如IL-4，MCP-1，IL-7，IL-15），表明这些细胞因子在INRs中可能促进了异常的免疫激活状态，导致免疫重建失败（图7A～F）。
图 6 INRs和IRs中T细胞，包括CD4 CTL、MAIT和CD8效应T细胞的拟时间轨迹分析
图 7 INRs和IRs的血浆中细胞因子谱分析
研究结论
本研究通过scRNA-seq和scATAC-seq技术，发现HIV感染的INRs中MAIT细胞比例显著降低，线粒体功能受损，且CD4+T细胞和CD8+T细胞的基因表达与功能异于IRs。此外，INRs的血浆中细胞因子异常，提示其免疫激活状态持续。这些发现为理解HIV感染者的免疫重建失败机制提供了新见解，并为针对INRs的治疗策略开发提供了潜在靶点。
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王冉，首都医科大学附属北京佑安医院2024级科学学位博士研究生，导师代丽丽教授。
代丽丽，医学博士，主任医师，教授，博士研究生导师，现任首都医科大学附属北京佑安医院感染中心旅行门诊主任，医疗保险办公室主任。从事传染病的临床和基础研究工作20余年，先后在美国纽约州立大学布法罗分校和英国牛津大学访问学习。是北京艾滋病治疗专家组专家，在中国性病艾滋病防治协会HIV合并结核病专业委员会、艾滋病药物预防与阻断专业委员会、并发症多学科协作专业委员会等担任常务委员和委员，是国家级医疗质量控制中心专家，北京市医管局人才培养计划“青苗计划”资助培养对象，作为课题负责人主持包括国家自然科学基金青年及面上项目、北京市自然科学基金、北京市科技计划课题在内的多项国家级和省部级课题，并作为任务级课题负责人承担两个国家“十三五计划”课题的实施。以第一作者或通讯作者发表SCI论文30余篇，总影响因子131.4分，国内核心期刊论文30余篇，参与编撰专业著作多部。
撰稿：王冉
编辑：陈雪，周月芳
审核：代丽丽
来源：京津冀消息通