你有没有生病的同时朋友,流鼻涕,咳嗽,或发冷,也许在学校通过捕捉相同的冷吗?感冒是一种病毒感染,可以由数以百计的不同种类的病毒引起,包括冠状病毒。即使你发现相同的冷,你可能生病了一个星期,而您的朋友在几天感觉更好。为什么你病得比你的朋友?你比你朋友的感染细胞有不同的反应吗?这种差异在个人之间的反应也与其他呼吸道病毒出现,包括SARS-CoV-2和它引起的疾病,COVID-19 [1,2]。我们研究细胞从鼻拭子的人没有COVID-19 COVID-19以及患有轻度或严重,为了更好地理解人们的不同反应病毒和如何将这些影响病人在感染后可能会如何反应。

看鼻子细胞通过细胞

研究感染SARS-CoV-2鼻细胞的免疫反应,我们使用技术单细胞RNA序列(scRNA-seq)(图1)。虽然这听起来很复杂,这种技术仅仅让我们从鼻拭子和一群细胞分析,细胞通过细胞(3]。为了说明这一点,想象一个水果沙拉和苹果,石榴,葡萄。我们可以计算有多少的每种类型的水果,确定哪些水果种子,或者比较每个水果的味道如何。scRNA-seq让我们用细胞的混合物做类似的事情,让我们来描述他们的相似点和不同点通过测量每个细胞在特定的时间做什么。我们通过计算单个细胞信使rna分子,这告诉我们关于细胞的活动。

要澄清一下,让我们退一步。每一个原子核包含人类细胞DNA——遗传物质传递我们的父母。基因告诉细胞的DNA来do-whether他们应该使人的眼睛蓝色和棕色,或一个细胞是否应该成为心脏细胞或肺细胞。说明在细胞基因表达的细胞信息分子的形式信使核糖核酸(mRNA)。当一个细胞从一个基因mRNA,据说是“表达”的基因。“单一”的一部分,“RNA单细胞测序”意味着我们可以研究每个单元,而“排序”意味着我们可以阅读每个细胞的信使RNA找出细胞在做什么。研究基因表达以这种方式可以告诉我们什么类型的细胞存在于一个组织,他们在做什么,以及如何健康或生病的这些细胞。这种强大的技术允许我们看到鼻细胞在健康和生病的人。

我们收集鼻拭子从五十人参观了医院(图2)。拭子分类基于人是否COVID-19与否,如果他们做了,他们有多糟糕。我们孤立的细胞使用的调查scRNA-seq数多少特定的RNA分子每个单元控制,以及阅读这些消息给我们看看他们的基因表达。这帮助我们确定鼻细胞是如何应对感染,称为他们的免疫反应。但什么是免疫反应,到底是什么?

免疫反应是什么?

免疫应答反应免疫系统挂载是保护一个人暴露在有害生物,如细菌和病毒。免疫系统识别某些“危险”蛋白质的表面上这些生物,这些生物信号必须被删除。你可能熟悉的免疫反应发生在你接种流感疫苗,例如。疫苗接种训练免疫系统识别和攻击病毒之前抓住它。

感染细胞采取的第一个步骤是释放一种物质叫干扰素告诉其他细胞反击和阻止病毒,因此“干扰”,其传播的能力。干扰素提示细胞表达特定基因,包括抵抗病毒的基因抗病毒基因,它可以帮助阻止病毒的传播,加强免疫反应。在我们的工作中,我们研究了鼻细胞的免疫应答是什么样子的健康人,COVID-19战斗,和是否有任何可观察到的差异。

调查SARS-CoV-2感染的细胞反应

我们使用scRNA-seq分析鼻拭子细胞的免疫反应来自健康人或轻微或严重COVID-19,试图理解为什么有些人很恶心,有些则没有。比较基因表达,我们发现细胞温和的人生病和重病的人都表现出更高水平的interferon-related抗病毒基因相比,细胞健康的人。这说明,试图击败病毒感染细胞,这是我们希望发生什么。细胞轻度COVID-19显示高水平的抗病毒基因。然而,患有严重COVID-19细胞显示较低的这些抗病毒基因的水平,甚至在早期感染。在某些情况下,这些细胞甚至表现得像那些来自健康的病人,如果他们不打一场病毒!因为这些细胞难以应对病毒,这些人的免疫反应不是很强,这似乎导致这些人非常恶心。另一方面,当细胞可以通过发起反击强烈的免疫反应,个人似乎只有轻度恶心。

你可能会想,“如果真的生病的人只需要击退病毒比略生病的人吗?“出人意料的是,我们发现,即使是相同的病毒水平,个人有严重COVID-19仍有整体较弱的免疫反应(图3)。这可能是因为鼻腔细胞个体严重COVID-19受损,阻止他们强烈反应病毒通过抗病毒基因表达。

我们还想知道什么类型的鼻细胞SARS-CoV-2感染艾滋病。如前所述,scRNA-seq让我们确定哪些类型的细胞存在于鼻拭子,基于他们的基因表达。我们发现大部分感染鼻细胞纤毛细胞,杯状细胞,分泌细胞。纤毛细胞就像细胞扫帚帮助呼吸系统的扫描出来,使用称为纤毛的微小毛发状结构。分泌和杯状细胞分泌粘液,这有助于陷阱病毒、细菌,或身体的过敏原,搬出来。这些细胞的感染通常可能表明这些细胞类型尤其擅长帮助病毒的传播。

虽然我们现在意识到免疫反应差异COVID-19健康的人,经历不同的清规戒律,但是目前还有很多无法回答的问题有待解决等待好奇的像你这样的思想来帮助回答这些问题。例如,我们仍然不知道为什么这种差异在免疫反应发生在第一个地方,这种差异是否取决于其他因素(如年龄),或者为什么干扰素反应个体之间显著的差别。我们也不知道COVID-19疫苗可能会影响这个最初的免疫反应,或这些反应如何在其他细胞类型或不同的身体部位除了鼻子。更多的工作在这个免疫反应可能的原因和不同个人之间需要通过未来的科学家喜欢你。

结论

所以,为什么有些人有轻度恶心COVID-19还有真的生病了吗?我们认为这与他们的鼻细胞如何可以启动免疫反应。SARS-CoV-2,一些个人的鼻细胞不能表达足够的抗病毒和interferon-related基因,从而阻止他们响警报,提醒其他细胞。这导致免疫反应较弱,导致这些人严重生病。然而,一些人的鼻细胞可以发射一个健壮的免疫反应,因此他们只有轻度恶心。

SARS-CoV-2等我们了解病毒或流感,重要的是我们努力破译免疫反应在细胞水平,为了更好地理解为什么以及如何人生病。研究细胞如何应对病毒不仅能帮助我们了解更多关于病毒本身,但也教会我们如何帮助人们受到他们的影响。展望未来,我们希望这项工作将导致治疗处理病毒感染改善人们的生活。

术语表

单细胞RNA序列(scRNA-seq):↑技术用于研究细胞的行为在细胞的基础上,通过研究他们的基因表达。

DNA:↑所有活细胞中的一种分子,它包含遗传信息指示细胞做什么。

基因:↑DNA的特定部分,其中包含指令告诉细胞要做什么或什么类型的细胞。

信使核糖核酸(mRNA):↑一个分子中发现期间产生的所有活细胞基因的表达。

基因表达:↑基因的过程的信息表达的细胞,它是用来使核糖核酸或蛋白质,帮助细胞实现某些功能。

免疫反应:↑反应人体发射识别和抵抗病毒、细菌和外来物质。

干扰素:↑物质由免疫系统,帮助保护身体免受病毒通过阻止疾病蔓延,而信号到其他细胞来做同样的事情。

抗病毒基因:↑帮助限制基因表达时体内的病毒传播。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

我们感谢原始研究论文的作者的科学研究SARS-CoV-2感染的免疫反应。我们特别感谢这些贡献的参与者和他们的家庭。使用数字摘要BioRender.com。

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原始的文章

↑齐格勒,c·g·K。苗族,v . N。,Owings, A. H., Navia, A. W., Tang, Y., Bromley, J. D., et al. 2021. Impaired local intrinsic immunity to SARS-CoV-2 infection in severe COVID-19.细胞184:4713 - 33. - e22。doi: 10.1016 / j.cell.2021.07.023。

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引用

[1]↑关,w·J。、镍、z Y。,胡锦涛,Y。,Liang, W. H., Ou, C. Q., He, J. X., et al. 2020. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China.心血管病。j .地中海。382:1708-20。doi: 10.1056 / NEJMoa2002032

[2]↑黄,C。,Wang, Y., Li, X., Ren, L., Zhao, J., Hu, Y., et al. 2020. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China.《柳叶刀》395:497 - 506。doi: 10.1016 / s0140 - 6736 (20) 30183 - 5

[3]↑Kolodziejczyk, A。金,j·K。,Svensson, V., Marioni, J. C., and Teichmann, S. A. 2015. The technology and biology of single-cell RNA sequencing.摩尔。细胞58:610-20。doi: 10.1016 / j.molcel.2015.04.005