中性粒细胞的异质性及其在脓毒症中的作用
中性粒细胞的异质性及其在脓毒症中的作用
中性粒细胞是人体免疫系统的重要组成部分，它们在抵抗感染和炎症反应中发挥着关键作用。近年来，随着单细胞测序技术的发展，科学家们对中性粒细胞的异质性有了更深入的了解。本文将介绍中性粒细胞的生命周期、异质性特征，以及它们在脓毒症等疾病中的重要作用。
外周血中性粒细胞 —— 短暂又绚烂的一生
中性粒细胞构成成人循环白细胞的大多数（50%-70%），远多于嗜酸性粒细胞（1%-3%）、嗜碱性粒细胞（<1%）、肥大细胞（<1%）。作为固有免疫的重要组成部分，中性粒细胞曾经被认为是一种简单的"一次性"效应细胞，这种看法主要归结于其短暂的存活时间：在骨髓中分化后，中性粒细胞被释放到外周血中（每天约产生1011个中性粒细胞），循环7到10小时，然后迁移到组织中（在组织中约存活1~3天）。存续时间维度上的遗憾没有掩盖中性粒细胞在异质性维度上的绚烂，高度异质性是中性粒细胞在免疫过程中对宿主产生双重影响（积极/消极）的重要原因。
图1：中性粒细胞来源
中性粒细胞的异质性首先体现在外周血形态学层面，通过密度梯度离心法从血液中分离中性粒细胞将得到两层白细胞带：密度较低的中性粒细胞（LDNs）存在于较高的条带中，较低的条带是通常纯化中性粒细胞的部分，即正常密度中性粒细胞（NDNs）。这两个亚群在功能上有所不同，可以通过流式细胞术评估表面标记物来区分。
图2：在外周血中观察到具有形态学异质性的中性粒细胞亚群
依据发育阶段，中性粒细胞也可以划分为多个亚群，包括细胞-单核细胞祖细胞、成髓细胞、早幼粒细胞、成髓细胞、超髓细胞、带和节段中性粒细胞等。此外，不同机体状态（稳态/疾病）、刺激机制、所处环境等因素都会对中性粒细胞最终表型及其功能可塑性产生影响。
图3：小鼠/人中性粒细胞分群表面标志物
中性粒细胞异质性探究——单细胞多组学方法
脓毒症（Sepsis）是一种由宿主免疫反应失调引起的高死亡率疾病，机体的抗感染过程会产生全身性的影响，导致多个器官（肺、肾、肝等）功能障碍。
图4：脓毒症患者体内免疫细胞
2022 年 3 月 23 日，由Kwok A J, Allcock A, Ferreira R C, 等来自于英国牛津大学威康人类遗传学中心、惠康基因组校区惠康桑格研究所、牛津大学肯尼迪风湿病研究所等机构联合发表的题为 ”Identification of deleterious neutrophil states and altered granulopoiesis in sepsis “ 的研究论文，使用BD Rhapsody 单细胞多组学平台鉴定了脓毒症特异性的未成熟中性粒细胞群体，并在体外证明了脓毒症中性粒细胞的免疫抑制特性。
研究思路框架
· 主要队列收集了6例健康人、26例脓毒症患者及7例心脏手术患者样本，使用BD Rhapsody 单细胞平台对272,399个细胞进行全转录组及30个表面蛋白组分析
· 验证队列1使用CyTOF、Bulk RNA测序及蛋白组学，对主要队列中“脓毒症未成熟中性粒细胞扩张”的结论进行验证
· 验证队列2收集了ICU病房中667例脓毒症患者的全血，进行Bulk测序，结合主要队列中的发现，对测序结果中的细胞群差异丰度进行预测
实验结果
脓毒症患者外周血细胞图谱
通过对细胞群体、特征基因的分析，发现脓毒症患者外周血样本显著特征：中性粒细胞增多、淋巴细胞减少及经典单核细胞（cMono）HLA-DR基因表达减少
脓毒症患者外周血样本中，中性粒细胞显著抑制CD4+T细胞的增殖
IL1R2+未成熟中性粒细胞与免疫抑制型脓毒症（SRS1）相关
结论：
本文扩展了脓毒症的标志性免疫表型，除了脓毒症中性粒细胞的免疫抑制特性外，还确定了未成熟和祖中性粒细胞对脓毒症的特异性，识别了IL1R2+未成熟中性粒细胞的扩增和富集。数据表明，IL-1通路的调节值得在生物标志物主导的脓毒症临床试验中重新研究，IL-1抑制SRS1患者的前瞻性试验中具有潜在的应用价值。
参考文献
[1]. Chan L, Morovati S, Karimi N, Alizadeh K, Vanderkamp S, Kakish JE, Bridle BW, Karimi K. Neutrophil Functional Heterogeneity and Implications for Viral Infections and Treatments. Cells.
[2]. McLaren AS, Fetit R, Wood CS, Falconer J, Steele CW. Single cell sequencing of neutrophils demonstrates phenotypic heterogeneity and functional plasticity in health, disease, and cancer. Chin Clin Oncol.
[3]. Kwok A J, Allcock A, Ferreira R C, et al. Identification of deleterious neutrophil states and altered granulopoiesis in sepsis[J]. Medrxiv,