流感病毒，特别是甲型流感病毒（IAV），是全球公共卫生的重大威胁。它不仅能引发季节性流行，更有导致大流行的潜力。虽然大多数感染者症状轻微，但部分患者会迅速发展为重症肺炎甚至急性呼吸窘迫综合征（ARDS），危及生命。一个核心的科学谜题在于：为什么面对同一种病毒，不同个体的免疫反应和临床结局会如此天差地别？传统的“一刀切”免疫模型无法解释这种广泛的疾病谱。过去的研究手段，如批量转录组测序和流式细胞术，要么会掩盖不同细胞亚群的贡献，要么受限于预先设定的检测目标，难以全面解析免疫应答的细胞异质性和复杂的细胞间通讯网络。因此，迫切需要一种能够高分辨率、无偏倚地描绘人体在IAV感染过程中免疫全景图的技术，来揭示决定保护性免疫与病理性免疫的关键细胞状态和分子网络，从而为开发新的治疗策略奠定基础。为此，一个研究团队在《iMeta》上发表了一项重要研究，他们构建了首个大规模的人类IAV感染外周免疫反应单细胞转录组图谱。
为了开展这项研究，研究人员从2024年12月至2025年1月期间，在北京的七家医院招募了队列。研究共纳入97名个体，包括36名健康对照、30名轻度IAV患者、21名重症IAV患者以及10名从重症康复的恢复期患者。所有患者均经检测确认为H1N1亚型感染，并排除了其他病原体共感染。研究的关键技术方法包括：从参与者外周血中分离外周血单个核细胞（PBMC）；使用10x Genomics平台进行液滴式单细胞RNA测序（scRNA-seq），对获得的超过76万个细胞进行测序；经过严格的质量控制和双联体去除，最终得到包含612,010个高质量细胞的整合数据集；利用主成分分析（PCA）、统一流形近似与投影（UMAP）等生物信息学方法进行无监督聚类、细胞亚群注释、差异基因表达分析、基因集富集分析（GSEA）以及细胞间通讯网络推断；此外，还通过酶联免疫吸附试验（ELISA）对血浆中的关键蛋白标志物（如S100A8/A9复合物、S100A12）进行了验证，以补充转录组发现。
研究结果
单细胞转录组学定义了IAV感染期间的免疫全景
研究人员对来自四个临床组的612,010个高质量外周血免疫细胞进行了单细胞测序和无监督聚类分析，成功绘制了高分辨率的免疫细胞图谱。该分析鉴定出44个不同的免疫细胞亚群，涵盖了B细胞、浆细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、自然杀伤（NK）细胞、单核细胞、中性粒细胞等主要谱系。分析发现，患者的免疫细胞组成与疾病状态显著相关。与健康对照相比，流感患者表现出T细胞和NK细胞频率的显著降低（即淋巴细胞减少症），这种现象在重症患者中最为严重，并且持续到恢复期。相反，重症患者的B细胞、浆细胞以及大多数髓系细胞（树突状细胞除外）的频率则升高。值得注意的是，轻度疾病主要表现为特定单核细胞亚群（如活化的经典单核细胞和干扰素刺激的中间单核细胞）的富集，而重症疾病则与中性粒细胞亚群的扩增相关。这揭示了疾病严重程度依赖性的离散免疫学特征。
单核细胞和中性粒细胞协调重症患者的外周炎症风暴
重症患者表现出显著升高的C反应蛋白水平和外周血单个核细胞（PBMC）的炎症评分，表明存在全身性炎症状态。通过单细胞分析，研究人员鉴定出8个具有高炎症评分的髓系细胞亚群（5个单核细胞亚群和3个中性粒细胞亚群），它们是驱动外周“细胞因子风暴”的主要细胞来源。深入分析发现，警报素蛋白S100A8、S100A9和S100A12是这些细胞产生的核心促炎因子，贡献了重症患者总细胞因子评分的约98.7%。这些蛋白在重症患者血浆中的水平也显著升高。机制上，这些S100蛋白可以通过与TLR4和RAGE受体结合，形成自分泌/旁分泌反馈环，放大炎症级联反应。细胞间通讯网络分析进一步显示，这些高炎症性髓系亚群之间通过趋化因子（如CXCL8-CXCR1/2）和肿瘤坏死因子（TNF）超家族等配体-受体对进行密集交流，共同加剧了免疫病理。
不同的CD8+T淋巴细胞轨迹区分疾病严重程度
对CD8+T细胞的深入分析揭示了与疾病结局密切相关的功能状态。在轻度疾病中，CD8+T细胞表现出一种功能平衡的状态：它们同时具有高细胞毒性和高耗竭评分。这种“高细胞毒性-高耗竭”表型与有效的抗病毒基因程序（如干扰素刺激基因）上调相关，代表了一种受调控的、有效的效应反应。相反，在重症疾病中，CD8+T细胞则显示出深度功能障碍。它们的细胞毒性降低，并上调了与持续激活、代谢应激、线粒体功能衰竭和凋亡相关的基因。基因集富集分析证实，轻度患者的CD8+T细胞富集于“I型干扰素信号通路”等抗病毒通路，而重症患者的细胞则富集于“凋亡过程”和“线粒体ATP合成”等应激和死亡相关通路。
CD4+T细胞异质性定义疾病严重程度
CD4+T细胞的分析也揭示了保护性和病理性亚群之间的差异。在轻度患者中，具有细胞毒性的效应CD4+T细胞（Te）亚群表现出强大的抗病毒和干扰素反应特征。同时，Th2样细胞亚群上调了IL4和IL21等细胞因子，可能有助于促进浆细胞分化和体液免疫。然而，在重症患者中，调节性T细胞（Treg）的一个亚群（CD4_04_Treg_FOXP3_TGFB1）发生了“致病性转化”，它不再发挥免疫抑制作用，转而表达促炎介质（如IL32、S100A蛋白）和损伤相关分子模式（DAMP），并显示出代谢应激的迹象。同时，重症患者的效应CD4+T细胞也转向激活、应激和功能障碍的状态。这种CD4+T细胞功能的普遍失调加剧了重症患者的免疫病理。
不同的B细胞谱与疾病严重程度相关
B细胞的分析显示，重症患者的浆细胞比例显著增加，并且表达浆细胞分化和功能的关键转录因子（如PRDM1、XBP1）。然而，与轻度患者相比，重症患者的初始和记忆B细胞却表现出一种独特的免疫调节特征。它们上调了诸如EBI3（免疫抑制性细胞因子IL-27/IL-35的组分）、PVRIG（免疫检查点分子）等基因。这表明，尽管浆细胞反应旺盛，但重症患者的B细胞前体可能转向了免疫抑制或功能受限的状态，这可能进一步加剧了整体的免疫失调。
二分的髓系反应定义疾病严重程度和结局
对髓系细胞的全面分析揭示了决定临床轨迹的核心二分法。轻度疾病与“以单核细胞为中心的保护性反应”相关。多种单核细胞亚群在轻度患者中富集，并建立起一个高度互连的细胞网络，表现出强大的抗病毒干扰素信号和抗原呈递能力。相反，重症疾病则与“以中性粒细胞为中心的病理性反应”相关。所有三个中性粒细胞亚群在重症患者中扩增。更重要的是，研究人员在重症患者中鉴定出了具有免疫抑制功能的髓系细胞亚群。其中包括一个具有经典CD14+HLA-DR-/low表型的单核细胞源性抑制细胞（M-MDSC）亚群，以及一个高表达精氨酸酶1（ARG1）等免疫抑制分子的未成熟中性粒细胞亚群，后者符合粒细胞源性抑制细胞（G-MDSC）的特征。这些MDSC通过表达ARG1、IL1R2（IL-1诱饵受体）等分子，并发生向糖酵解的代谢重编程，可能共同抑制T细胞功能，导致“免疫麻痹”。因此，重症IAV感染的特征是过度炎症和免疫抑制并存的“双重打击”。
研究结论与意义
这项研究构建的大规模单细胞转录组图谱，为人类IAV感染提供了高分辨率的免疫学蓝图。它清晰地揭示，临床严重程度由核心的免疫二分法决定：轻度疾病中表现为以单核细胞为中心的保护性抗病毒状态，而重症疾病则是由中性粒细胞和髓源性抑制细胞（MDSC）驱动的病理性过度炎症状态。具体而言，重症疾病的免疫病理由几个关键环节驱动：
- 1.
髓系过度炎症：特定的高炎症性单核细胞和中性粒细胞亚群通过S100A8/A9/12–TLR4/RAGE信号轴，驱动自我放大的炎症风暴。
- 2.
髓系免疫抑制：M-MDSC和G-MDSC的扩增，通过代谢竞争和表达抑制性分子，导致T细胞功能瘫痪。
- 3.
T细胞崩溃：CD8+和CD4+T细胞经历深度功能障碍，表现为代谢衰竭、线粒体损伤和凋亡倾向，同时伴随调节性T细胞（Treg）向致病性表型转化。
- 4.
B细胞失调：浆细胞反应与具有免疫调节/抑制特征的B细胞前体并存，可能加剧免疫紊乱。
这项研究的意义重大。首先，它系统性地描绘了IAV感染不同临床结局背后的完整免疫细胞和分子图谱，解决了该领域长期缺乏全面、高分辨率数据资源的问题。其次，研究明确了驱动重症感染的关键细胞亚群（如高炎症性髓系细胞、MDSC）、核心信号通路（S100–TLR4/RAGE轴）和免疫功能障碍机制（T细胞代谢崩溃），为开发宿主导向疗法提供了明确的靶点。例如，靶向S100蛋白或TLR4/RAGE的小分子抑制剂、以及逆转MDSC免疫抑制功能的策略，可能成为治疗重症流感的新方向。最后，研究所鉴定的生物标志物（如血浆S100A8/A9水平）有望用于临床患者的早期风险分层。总之，该图谱不仅深化了对流感免疫发病机制的理解，也为未来设计精准的免疫干预策略奠定了坚实的基础。
