大聪明321

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2022/06/27阅读:30主题:橙心

文献报告1——干扰素-γ促进流感感染期间单核细胞介导的肺损伤

一、文章信息

干扰素-γ促进流感感染期间单核细胞介导的肺损伤

Interferon-γ promotes monocyte-mediated lung injury during influenza infection. Cell Rep. 2022 Mar 1. doi: 10.1016/j.celrep.2022.110456.

2022年3月 / Cell reports / IF 9.4

二、背景

1 甲型流感病毒(IAV)感染对公共卫生构成重大威胁

甲型流感病毒(IAV)引发强烈的宿主反应,导致急性肺损伤,进而引发继发性细菌感染,导致全球的显著发病率和死亡率。

2 促进IAV感染炎症的宿主反应因子仍不完全清楚

IAV感染的急性肺损伤是由免疫细胞和上皮细胞相互作用导致的,其中宿主免疫细胞的反应决定了感染的结局以及免疫介导肺损伤的程度。

免疫细胞亚群在IAV肺损伤中的相对作用,以及调节免疫细胞炎症表型的宿主因子仍未完全阐明。

3 决定CCR2 单核细胞在IAV感染中的高炎症和组织损伤相关表型的宿主关键因子尚不清楚

CCR2 单核细胞已被证明在IAV感染的动物模型中导致急性肺损伤。然而,控制CCR2 单核细胞高炎症和组织损伤相关表型的宿主反应因子还不清楚。

4 在IAV感染期间,IFN-γ介导的肺组织病变涉及的宿主反应机制仍不清楚

干扰素-γ在感染和炎症性疾病中具有正反双重作用,其在促炎性M1巨噬细胞极化中的关键作用已被证实。IFN-γ在IAV感染期间,可以影响肺部病理改变。但IFN-γ介导的肺组织病变涉及的宿主反应机制仍不清楚。

三、研究方法

病毒:甲型流感病毒 PR8

途径:滴鼻

剂量:250PFU

细菌:肺炎链球菌(血清型6A)BG7322

途径:滴鼻

剂量:200CFU

动物:C57BL/6J、CCR2 、IFN-γ 、IFN-γR1

建立病毒感染亚致死模型,攻毒后第7天,小鼠体重降低、肺组织病变、乳酸脱氢酶和白蛋白水平、病毒滴度达到峰值。

在第7天分选对照组和染毒组小鼠的肺组织CD45 细胞进行单细胞测序。

四、研究结果

1 单细胞测序揭示【CCR2 单核细胞】和单核细胞衍生的【DC/巨噬细胞】是感染肺组织中最重要的免疫细胞

(1) 感染后CCR2 单核细胞、DC细胞、巨噬细胞和CD8 T细胞占比显著增加。


单细胞测序鉴定了8个细胞群,包括B细胞、NK、CD4T细胞、CD8T细胞、中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和DC细胞。

和对照组相比,感染组CCR2 单核细胞、DC细胞、巨噬细胞和CD8 T细胞占比显著增加。

流式检测的细胞比例变化和单细胞测序结果相一致。

(2)CCR2 单核细胞分化为巨噬细胞和DC细胞


单核细胞进入结缔组织后,分化为巨噬细胞,体积增大,内质网和线粒体增生,溶酶体增多,吞噬功能增强。

组织感染或损伤后,细胞因子或趋化因子产生,导致单核细胞前体分化,获得DC表型,可以出现在任何炎症组织,通常和巨噬细胞难以区分。

单细胞拟时序分析显示,单核细胞、DC细胞和巨噬细胞沿着炎症状态1呈连续排列,表示单核向DC和巨噬的分化轨迹显著。

CCR2主要由单核细胞表达,单核向DC和巨噬的分化导致CCR2表达下调。

非单核细胞,如CD4和CD8T细胞,也可以表达CCR2,因此作者研究了CCR2缺失对小鼠感染病毒后,免疫细胞招募的影响。

结果显示,CCR2只影响单核、巨噬和DC的招募,而不影响CD4和CD8T细胞,和转录组中巨噬和DC来源于单核分化的发现一致。

(3)CCR2 单核细胞和单核细胞衍生的树突状细胞表现出IFN-γ反应通路的强烈富集


GSVA富集分析表明,感染后CCR2 单核细胞和DC细胞的IFN-γ相关通路显著上调。

2 IFN-γ调节IAV感染中单核细胞的招募和炎症表型

基于CCR2 单核细胞与DC中IFN-γ反应通路的大量富集,作者推测IFN-γ可能调节甲流感染中单核细胞的炎症反应。

(1)IFN-γ调节CCL2的表达和CCR2 单核细胞的招募


BAL中CCL2(最丰富的CCR2配体)和IFN-γ蛋白水平在感染后第7天达到峰值,这与IAV感染肺中的总单核细胞(CD11b+ Ly6C+)和CCR2+单核细胞(CD11b+ Ly6C+ CCR2+)相关。 IFN-γ缺失后,IAV感染小鼠的肺CCL2、总单核细胞和CCR2+单核细胞水平降低。并且CD4和CD8T细胞水平没有下降。

造血细胞和非造血细胞都可以产生CCL2,从而促进CCR2+单核细胞从骨髓募集到肺中。

作者使用重组人IFN-γ刺激人支气管上皮细胞(HBECs),结果CCL2表达显著上升,而IAV感染会使CCL2表达下降,加入IFN-γ刺激后感染病毒CCL2表达比感染前更高,表明IFN-γ在CCL2分泌中起关键作用。

(2)IFN-γ促进单核细胞的炎症表型


从WT小鼠和IFN 小鼠中提取单核细胞,进行RNA-seq。

差异基因分析显示,IAV感染后,WT小鼠单核细胞中许多促炎基因上调,包括Stat1、Irf1、GzmB、FasL、Nos2、Socs等,而感染IAV的IFN-γ 小鼠单核细胞促炎基因显著下调。 富集分析显示,和IFN-γ 小鼠相比,IAV感染后,WT小鼠促炎相关通路显著上调。 从IAV感染的WT和IFN-γ 小鼠的肺中提取了CCR2+单核细胞(CD11b+ Ly6C+ CCR2+)进行mRNA检测,IFN-γ 组的关键促炎基因表达水平显著降低。

3 CCR2 和IFN-γ 小鼠肺部病变减少且对继发性细菌感染抵抗力增加

比较WT、CCR2 和IFN-γ 小鼠疾病严重程度,包括体重降低和病变程度。和WT相比,其他两组小鼠体重降低更少,肺组织病变更轻微,血管损伤更轻微。

血管损伤的程度取决于内皮细胞的空泡化和与下层肌肉组织的分离。

作者比较了WT、CCR2 和IFN-γ 小鼠细胞连接蛋白Z0-1和E-钙粘连蛋白的表达,以及BAL中白蛋白的渗出。和WT相比,CCR2 和IFN-γ 小鼠的血管损伤更低,原因是Z0-1和E-钙粘连蛋白的表达更高,且白蛋白水平更低。 和WT相比,CCR2 和IFN-γ 小鼠BAL中的TNF-α水平降低,这与肺损伤减轻的结果一致。

同时,CCR2 和IFN-γ 不影响病毒的清除,感染第7天各组的病毒载量一致。

和WT相比,CCR2 和IFN-γ 小鼠肺炎链球菌的肺部细菌载量减少,存活率显著提高。

4 过继转移WT小鼠CCR2 单核细胞的CCR2 小鼠重现肺组织病理

IFN-γ通过调节CCR2 单核细胞的募集和炎症表型来促进肺损伤。CCR2 和IFN-γ 小鼠肺组织病理的相似性,进一步支持IFN-γ和CCR2 单核细胞之间的关系。

(1)CCR2 的小鼠,只有补充表达IFN-γG1的CCR2 单核细胞,才会恢复野生型的病理表型


为了确认IFN-γ是否直接导致CCR2 单核细胞介导的肺损伤,作者将IFN-γR1 CCR2 和IFN-γR1 CCR2 的单核细胞过继转移到IAV感染24h后的CCR2 小鼠体内,感染第7天进行检测。

接受来自WT小鼠的CCR2 单核细胞和接收来自IFN-γR1 小鼠的CCR2 单核细胞,二者过继转移的效率相同,表明IFN-γR1缺乏不影响IAV感染的肺中CCR2+单核细胞的募集。

IFN-γR1 CCR2 单核细胞过继转移,导致IAV感染的CCR2 小鼠BAL中乳酸脱氢酶和白蛋白水平显著增加。IFN-γR1 CCR2 的单核细胞过继转移不增加上述指标。

而IFN-γR1 CCR2 单核细胞过继转移之后的CCR2 小鼠的乳酸脱氢酶和白蛋白水平与野生型没有差异。

也就是说,CCR2 的小鼠,只有补充表达IFN-γG1的CCR2 单核细胞,才会恢复野生型的炎症表型。没有IFN-γG1的CCR2 单核细胞,无法改变CCR2 带来的影响。 病理检测得到了相同的结果。

(2)CD8 T细胞是IFN-γ最重要的来源


IAV感染后第7天的流式结果显示,CD8 T细胞是IFN-γ最主要的来源。 T细胞耗竭之后,IFN-γ、CCL2、CCR2以及CCR2 单核细胞的水平均显著降低。

五、总结

1 单细胞和流式检测发现,CCR2 单核细胞和单核细胞衍生细胞DC/巨噬细胞是IAV感染的肺中最重要的细胞群。


2 单细胞分析发现,CCR2 单核细胞和单核细胞衍生的树突状细胞表现出IFN-γ反应通路的强烈富集。


3 通过敲除IFN-γ后的表型实验与转录组测序发现,IFN-γ调节IAV感染中单核细胞的招募和炎症表型。


4 CCR2 和IFN-γ 小鼠肺部病变减少且对继发性细菌感染抵抗力增加,这一相似性,进一步支持IFN-γ和CCR2 单核细胞之间的关系。


5 过继转移具有IFN-γ受体的CCR2 单核细胞的CCR2 小鼠重现肺组织病理,IFN-γ受体缺失的CCR2 单核细胞补偿不起作用。


6 CD8 T细胞是IFN-γ最重要的来源,T细胞耗竭之后,IFN-γ、CCL2、CCR2以及CCR2 单核细胞的水平均显著降低。


7 进一步猜测,阻断依赖IFN-γ的CCR2 单核细胞炎症表型,可以减轻肺损伤。


六、局限性

1 仅在表型层面进行了验证,关于IFN-γ调节CCR2 单核细胞的机制没有阐释清楚,包括IFN-γ对CCL2的作用,以及CCL2的来源等。

2 关于感染后上升的巨噬细胞/DC细胞的作用,缺乏进一步的研究。

3 CD8 T细胞上调IFN-γ的机制尚未阐释清楚。在单细胞数据中,缺乏分析结果。

4 其他研究中,CD8 T细胞对于IAV感染的清除是不可或缺的,IFN-γ缺失是否影响CD8 T细胞的免疫记忆有待证实。

分类:

其他

标签:

医学

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