神经和气道相关间质巨噬细胞通过I型干扰素信号传导缓解SARS-CoV-2发病机制

传染病学 生命科学 呼吸系统 医学 免疫学
SARS-CoV-2 I型干扰素 巨噬细胞 炎症 病毒感染

一、学术背景

COVID-19大流行揭示了呼吸道病毒感染中免疫调节机制的重要性。尽管疫苗取得进展，但SARS-CoV-2的快速突变仍对公共健康构成威胁。研究表明，严重的COVID-19病例往往与免疫调节失调而非病毒载量直接相关。在此背景下，组织驻留巨噬细胞（tissue-resident macrophages, RTMs）在维持肺部免疫平衡中的作用成为关键科学问题。

肺部存在多种巨噬细胞亚群，其中神经与气道相关间质巨噬细胞（nerve- and airway-associated macrophages, NAMs）是近年新发现的亚群。既往研究发现NAMs在流感感染中具有免疫调节功能，但其在SARS-CoV-2感染中的作用机制尚不明确。本研究旨在揭示NAMs通过I型干扰素信号通路调控SARS-CoV-2感染的新机制。

二、论文来源

本论文由纽约大学格罗斯曼医学院微生物学系的Stephen T. Yeung、Payal Damani-Yokota等学者共同完成，通讯作者为Kamal M. Khanna教授。研究团队还包括来自肺病与重症医学科、疫苗中心等多个部门的合作者。论文于2025年5月13日发表在免疫学顶级期刊《Immunity》（影响因子：43.474）上，DOI:10.1016/j.immuni.2025.04.001。

三、研究流程与发现

1. 实验设计与方法

a) 动物模型构建

  • NAM特异性缺失模型：通过将CD169-Cre小鼠与B6N.129P2-Cx4cr1tm3(DTR)Litt/J小鼠杂交，构建NAM-DTR（diphtheria toxin receptor）模型，可实现NAM的特异性清除
  • 条件性基因敲除模型：开发CD169-Ifnar CKO小鼠（CD169cre/wtIfnarflox/flox），特异性敲除CD169+巨噬细胞的I型干扰素受体

b) 病毒感染实验

  • 使用小鼠适应型SARS-CoV-2毒株（MA-10，1000 PFU）经鼻感染小鼠
  • 实验分组：野生型（WT）、NAM-DTR、Ifnar-CKO三组，每组n=4-5
  • 监测指标：生存率、体重变化、肺部病理评分（2dpi和5dpi时间点）

c) 多模态分析技术

  • 流式细胞术：定量分析肺组织中免疫细胞亚群（CD45+Ly6G+中性粒细胞、CD169+CD11c+肺泡巨噬细胞等）
  • 多重细胞因子检测：Luminex技术检测28种炎症因子（IFN-α/β/γ、IL-1β、IL-6等）
  • 共聚焦显微镜：三维重构肺部病毒分布（抗SARS-Spike S2抗体染色）
  • 单细胞转录组分析：公共数据库分析人肺NAM样巨噬细胞特征

2. 关键发现

a) NAMs对生存率的关键作用

  • 死亡率差异：NAM-DTR组感染后4-5天100%死亡（p<0.0001），而WT组全部存活
  • 病理特征：NAM缺失导致严重急性肺损伤，包括肺泡壁增厚（平均增厚3.2±0.5μm vs WT 1.8±0.3μm）、中性粒细胞浸润增加（绝对数5.6×10⁵ vs WT 2.1×10⁵）

b) 病毒控制机制

  • 空间限制作用：WT组病毒主要局限大气道上皮（2dpi时病毒抗原阳性区域占比12.3%），而NAM-DTR组扩散至全肺（阳性区域41.7%）
  • 巨噬细胞亚群差异：肺泡巨噬细胞（AMs）易感（病毒检出率18.5%），而NAMs始终未检测到病毒抗原

c) 炎症调控网络

  • 细胞因子风暴：NAM-DTR组5dpi时促炎因子显著升高：
    • IL-6： 1,842 pg/mL vs WT 326 pg/mL
    • MCP-1： 38,765 pg/mL vs WT 1,024 pg/mL
  • 中性粒细胞活化：NETosis（中性粒细胞胞外诱捕网）标志物H3染色阳性率增加4.3倍

d) I型干扰素信号机制

  • Ifnar依赖性：Ifnar-CKO小鼠完全重现NAM-DTR表型（100%死亡率）
  • 增殖调控：WT组NAMs在感染后扩增2.8倍，而Ifnar-CKO组无显著变化（Ki-67+细胞比例：WT 34.2% vs CKO 8.7%）

3. 人类临床相关性

  • 单细胞转录组分析：发现人肺中存在表达FOLR2、F13A1、GAS6等标志物的NAM样巨噬细胞亚群
  • 重症患者数据：死亡病例的NAM相关基因表达降低2.1-3.8倍（p<0.01），且BALF中IL-6、MCP-1等因子显著升高

四、研究价值与创新点

1. 科学意义

  • 首次阐明NAMs通过Ifnar信号介导”疾病耐受性”（disease tolerance）的新机制
  • 揭示巨噬细胞亚群特异性应答模式：NAMs依赖Ifnar增殖，而AMs不依赖

2. 临床应用价值

  • 为COVID-19重症化提供新的生物标志物（NAM相关基因表达谱）
  • 提示靶向NAM-Ifnar轴可能是治疗呼吸道病毒感染的新策略

3. 方法论创新

  • 开发CD169-Ifnar条件性敲除小鼠模型
  • 建立多尺度分析方案（从单细胞到整体病理）

五、研究亮点

  1. 概念突破：提出”巨噬细胞亚群时空特异性免疫调控”理论，解释为何局部少量NAMs能发挥全局保护作用
  2. 技术整合：结合遗传学模型（DTR、CKO）与临床大数据（单细胞RNA-seq、蛋白质组）
  3. 转化价值：发现人鼠保守的NAM特征基因，为临床诊断提供潜在靶点

六、展望

作者指出未来需进一步研究： - NAMs分泌的具体免疫调节分子 - Ifnar下游信号通路（如ISG15、IFITM3等效应分子） - NAMs在其它呼吸道病毒（如RSV、MERS-CoV）中的作用

该研究为理解组织驻留巨噬细胞的异质性功能提供了范式转变，被审稿人评价为”呼吸道免疫领域的重要里程碑”。