Human SARS-CoV-2 challenge uncovers local and systemic response dynamics

转眼间，新冠疫情已持续四年半，人们从最初的恐慌逐渐适应了与病毒共存的生活。据《人民日报》此前报道，到2022年底，海南、浙江、四川等多地阳性感染率超过60%，意味着大部分人都已感染过至少一次新冠病毒。

那么，为何仍有一部分人从未被感染呢？这是否仅是概率问题，还是他们体内存在特殊的抵抗机制？近日，英国帝国理工学院的研究团队在《自然》期刊上发表论文，揭示了这一谜团。研究人员发现，这些能够抵御SARS-CoV-2病毒的人具有独特的免疫反应，这可能是他们至今未感染新冠的关键原因。

实验设计概述：

研究人员招募了16名健康年轻志愿者，他们均未接种疫苗且对SARS-CoV-2无抗体。在控制环境中，这些志愿者通过鼻腔接种了野生型αSARS-CoV-2病毒株。为了深入研究接种前后的免疫反应，研究人员在多个时间点（接种前一天，以及接种后的第1、3、5、7、10、14、28天）收集了志愿者的外周血单个核细胞（PBMCs）和鼻咽拭子样本。

这些样本随后通过高通量测序技术进行了深入分析。具体来说，使用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）来揭示细胞内的基因表达情况，同时进行了单细胞T细胞受体（TCR）及B细胞受体（BCR）测序，以了解T细胞和B细胞的特异性。

此外，研究人员还采用了细胞索引转录组和表面蛋白（CITE-seq）技术，测量了123种表面蛋白，这有助于更准确地注释细胞类型。总共生成了超过60万个单细胞转录组数据，其中包括371,892个PBMC细胞和234,182个鼻咽细胞，为深入研究SARS-CoV-2感染后的免疫反应提供了丰富的数据资源。

本研究对16名接种SARS-CoV-2病毒的健康志愿者进行了分组研究，根据病毒感染情况将其分为持续感染组、短暂感染组和中止感染组，分别对应于临床上出现的严重症状、轻微症状和无症状感染者。持续感染组志愿者在接种后至少两次连续的鼻腔和/或咽喉PCR检测结果呈阳性，并伴随相关症状；短暂感染组在接种后1.5至7天间PCR检测结果呈零星或边界阳性，但未达到持续感染标准；中止感染组在整个观察期间PCR检测结果均为阴性，未显示病毒复制。

在持续感染组中，病毒RNA于第7天达到峰值，随后在第10至14天迅速减少。病毒RNA可在免疫细胞和上皮细胞中检测到，但仅在上皮细胞内成功复制，提示上皮细胞是病毒复制的主要场所，而免疫细胞中的病毒RNA可能来源于对周围细胞病毒片段的捕获。

进一步研究了不同感染状态下志愿者体内的干扰素反应。干扰素是由身体细胞在病毒感染等刺激下产生的蛋白质，具有干扰病毒复制和调节免疫反应的功能。结果发现，所有感染状态下血液中的干扰素反应均早于鼻咽部反应。持续感染组中干扰素信号在第5至7天达到高峰并持续至第14天；而短暂感染组和中止感染组则显示出较早但较短暂的干扰素反应，暗示全身的干扰素信号可能通过淋巴系统在局部感染部位之前启动。

值得注意的是，短暂感染组在感染后第1天即出现显著的CD4+和CD8+ T细胞浸润，随后在第10天出现次级浸润，表明迅速的免疫反应有助于控制病毒复制。相比之下，持续感染组的免疫细胞浸润在第5至7天后才开始，并伴随病毒负荷的减少。而中止感染组仅在第1天显示出少量的CD4+和CD8+ T细胞浸润，这些T细胞可能是防止病毒持续感染的关键因素。

通过单细胞基因转录组数据分析，研究人员发现接种前HLA-DQA2基因表达水平高的个体更不易发展成持续感染。HLA-DQA2基因位于人类第六号染色体上，属于HLA系统的一部分。经独立验证队列和交叉验证两种统计学方法确认，HLA-DQA2高表达与预防持续感染之间存在相关性，因此HLA-DQA2至少可作为预防新冠病毒持续感染的潜在保护性标志物。

总结

新冠研究持续深入，本次利用庞大数据库从单细胞层面揭示了新冠感染后的免疫反应。这不仅增进了我们对遗传因素抵抗病毒感染的理解，还为未来预防策略提供了潜在靶点，并为应对其他病原体的免疫防御策略提供了重要借鉴。