近期Cell上发表了题为“Multi-omics resolves a sharp disease-state shift between mild and moderate COVID-19”的 文章[1]，分析了139名不同严重程度的COVID-19患者。在诊断出感染COVID-19后第一周，通过血浆蛋白组、代谢组、单细胞测序和Isoplexis单细胞功能蛋白组学技术，描绘了轻度病人向中度病人过渡过程中出现的一些重要的临产指标和免疫细胞功能的变化，作者将超过12万个免疫特征浓缩成一条轴线，以捕捉不同的免疫细胞类别在应对SARS-CoV-2时如何协调（图1）。这种免疫反应轴与主要的血浆成分变化、凝血的临床指标以及轻度和中度疾病之间的急剧过渡相一致。本研究也证实了中度疾病期可能是干预治疗最有效的窗口期。

图1  COVID-19病人免疫应答与疾病严重程度建立关联

研究人员根据COVID-19病人疾病的严重程度将139名病人进行评分和分组，WOS评分在1-2的为轻症，WOS评分未3-4的为中症，WOS评分为5-7的为重症，使用IsoPlexis的IsoLight系统对病人PBMC进行了单细胞功能蛋白组的表征分析（图2）。

图2多组学进行表征中，使用单细胞功能蛋白组技术表征免疫细胞功能

免疫细胞异质性的体现在部分细胞能够表达并分泌多种细胞因子，这些细胞被称为多功能细胞。相对于其他T细胞，多功能T细胞不其功能更强，并可以主导免疫反应。研究首先通过Isoplexis单细胞功能蛋白组技术检测活的CD8+T细胞的32个分泌的细胞因子，通过多功能强度指数（PSI）的量化，免疫细胞的多功能性与病人疾病的严重程度有非线性的相关性。就PSI指数看，健康者和轻度病例相似，但在中度严重程度时上调，且细胞分泌颗粒酶B和穿孔素的频率增加，重症患者免疫细胞的多功能性降反而低（图3），这与单细胞测序结果得到的中度病例中效应性 CD8+ T细胞簇百分比的峰值一致。因此，COVID-19中度患者的外周血CD8+T细胞反映了最高的多功能性和最高的效应表型百分比。

图3  CD8+ T细胞的单细胞多功能指数PSI与COVID-19严重程度的相关性

研究者也通过Isoplexis单细胞功能蛋白组分析了CD4+T细胞的多功能性，并细化出CD4+ T细胞分泌细胞因子中Th1细胞因子IFN-γ、Th17细胞因子IL-17F、Th2细胞因子IL-4和细胞毒性分子颗粒酶B的频率增加，在中度患者中再次达到峰值（图4）。这些结果与CD8+ T细胞的单细胞结果一致。

图4 CD4+ T细胞的单细胞多功能指数PSI与疾病严重程度的相关性

最后Isoplexis分析单核细胞的多功能性，与CD8+ 和CD4+T细胞不同的是，PSI随着COVID-19疾病严重程度而逐渐增加, 这表明单核细胞参与了中度或重度COVID-19的促炎机制，单核细胞功能失调状态或许可以作为临床中快速评估COVID-19严重程度的潜在生物标志物。

图5 单核细胞PSI随着COVID-19疾病严重程度逐渐增加

全面了解COVID-19患者的免疫反应对于定义治疗的有效性、预测疾病预后和了解疾病严重程度至关重要。研究者使用多组学联用的方式来整合临床观察、单细胞特征和血浆分析，力图对COVID-19病人的免疫反应有更深的理解。在多种组学技术中，单细胞功能蛋白组技术为免疫细胞功能的表征提供了可靠手段，其细胞的多功能性指数（PSI）与疾病的严重程度呈现显著相关性，使其它组学技术的结果在功能研究上得到了佐证。识别轻度和中度COVID-19之间发生的非单调变化可能具有高价值，因为中度疾病阶段的治疗干预可能是最有效的。

Isoplexis单细胞功能蛋白组利用含有12000个微室的微流控芯片IsoCode，同时可以会有 500-1500个单细胞会被捕获到微室中生长，并在原位释放细胞因子。进一步通过经典的双抗夹心法对单个细胞分泌的32种细胞因子实施精确多重检测。全程实验均在IsoLight全自动系统中完成，保证了实验数据的平行性和稳定性。

Isoplexis单细胞功能蛋白组基本原理

|   参考文献

1.Su Y, Chen D, Yuan D, Lausted C, Choi J, Dai CL et al. Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19. Cell. 2020;183(6):1479-1495.e20.