2021年6月9日，中国科学院生物物理研究所杨鹏远，游茂军等在Nature Cell Biology（IF=20.042）发表题为“Single-cell epigenomic landscape of peripheral immune cells reveals establishment of trained immunity in individuals convalescing from COVID-19”的文章。该研究利用单细胞ATAC-seq技术结合新研发的单细胞多组学Ti-ATAC-seq技术（该技术可以同时在单细胞水平获取每个T细胞的染色质可及性信息、TCR及蛋白表面分子表达信息）绘制了新冠肺炎康复者外周免疫细胞表观遗传多维图谱，解析了COVID-19康复者中单核细胞、B细胞和T细胞免疫记忆形成的表观遗传机制。安诺优达为本研究提供了10x scATAC测序服务。
研究背景
如今，新冠疫情何时休是全球最关心的问题，而开发有效的疫苗是结束新冠肺炎大流行的主要方法之一。然而如何评估候选疫苗免疫反应的保护性和持久性仍尚未可知。病毒感染或者疫苗接种后，能诱导天然免疫细胞表现出类似于适应性免疫细胞的免疫记忆特征。因此，研究COVID-19康复个体的先天性和适应性免疫反应，尤其是免疫记忆机制的建立，有助于进行候选疫苗的筛选评估。
研究结果
COVID-19恢复期患者外周血免疫细胞表观遗传图谱
作者从8名新冠肺炎康复者中共收集72,318个外周血单核细胞，从5名健康献血者中收集了24,997个外周血单核细胞，并从公共数据库收集一个额外数据集作为对照，利用10x scATAC测序，构建了外周血免疫细胞表观遗传图谱（图1c）。样本间比对分析发现COVID-19康复个体中，单核细胞谱系以及效应和记忆CD8+T细胞的频率增加，而B细胞谱系的频率降低（图1g）。为了深入了解造成健康和康复个体差异的原因，作者接着分别对每个谱系做了进一步聚类分析。
图1 外周血免疫细胞表观遗传图谱
COVID-19中连续训练和激活的单核细胞
对COVID-19单核细胞ATAC数据分析发现COVID-19康复者外周血中富集了TBET-enriched CD16+和IRF1-enriched CD14+单核细胞，经分析确定其具有训练和激活的表观状态。
图2 CD14+和CD16+单核细胞的表观基因组分化轨迹
COVID-19康复的个体中B细胞表观遗传分析
B细胞谱系表观遗传拟时序分化轨迹在健康供体和COVID-19康复个体之间存在差异，表明SARS-CoV-2感染诱导了不同的B细胞发育程序。TF分析结果表明，差异阳性TF调节因子促进了健康供体的B细胞维持和体内平衡，促进了从COVID-19康复的个体的B细胞活化、分化和IgG类别转换重组（图3）。COVID-19康复者各个阶段的B细胞表现出IgG类别转换以及抗体分泌的浆细胞样分化特征。
图3 B细胞簇表观遗传分析
COVID-19康复个体中CD8+T细胞表观遗传及TCR分析
作者从10个 COVID-19康复患者中收集了2,880个αβ T细胞，通过Ti-ATAC-seq 技术，研究了成对αβ T细胞的TCR和表观遗传。其中1,574个T细胞具有配对的 TCRαβ序列和ATAC-seq。康复者中CD8+T细胞的克隆扩增率显著高于CD4+T细胞（图 4b）。将TCR克隆性与从Ti-ATAC-seq生成的单细胞表观遗传图谱结合分析发现，与未扩增的CD8+T细胞克隆相比，两个最大的克隆扩增的CD8+T细胞克隆富含TBET和EOMES TF（图 4c），这与10x scATAC-seq数据分析结果一致，揭示了在初始新冠病毒控制和记忆CD8+T细胞在免疫记忆形成中，病毒诱导的效应CD8+T细胞都发挥了关键作用。
图4 COVID-19康复患者CD8+T细胞的表观遗传和TCR分析
文章小结
本研究利用10x scATAC技术，分析了新冠肺炎恢复期患者免疫细胞群的分布。通过分别对三个主要细胞类群的进一步聚类及拟时序分化轨迹分析，同时结合新型的Ti-ATAC-seq技术，深入揭示了新冠肺炎恢复期患者中单核细胞、B细胞和T细胞免疫记忆形成的表观遗传机制，加深了我们对宿主感染SARS-CoV-2后，体内免疫应答的表观遗传调控机制的了解，为后续评估不同候选疫苗的效果提供了数据基础。
[1] You M et al. Single-cell epigenomic landscape of peripheral immune cells reveals establishment of trained immunity in individuals convalescing from COVID-19. Nat Cell Biol. 2021 Jun; 23(6):620-630.