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败血症和非败血症性重症患者以及癌症患者的Te乐彩下载和单核e乐彩下载特异性RNA序列分析

迈克尔·沃什伯恩, 张望, 安德鲁·沃尔顿, 彼得·古德格布尔, 大卫·菲格罗亚(David J. 菲格罗亚), 斯蒂芬妮·范·霍恩, 朱莉·格罗斯曼(Julie 格罗斯曼), 卡佳·瑞姆林格, 希瑟·麦森(Heather 马德森), 詹姆斯·布朗, 鲁帕·斯里尼瓦桑(Roopa 斯里尼瓦桑), 阿玛亚·沃尔夫, 斯科特·B·伯格, 维多利亚·伊, 威廉·霍金斯, 瑞安·菲尔兹(Ryan C。 Fields) 和 理查德·霍奇基斯
免疫学杂志 2019年10月1日, 203 (7) 1897-1908; DOI: //doi.org/10.4049/jimmunol.1900560
迈克尔·沃什伯恩
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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张望
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
†华南师范大学生命科学学院生态科学研究所,广州510630;
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安德鲁·沃尔顿
‡华盛顿大学圣路易斯分校医学院麻醉科,密苏里州63110;
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彼得·古德格布尔
§华盛顿大学医学院外科系,密苏里州圣路易斯,密苏里州63110;
¶密苏里州圣路易斯市华盛顿大学医学院Siteman癌症中心,密苏里州63110;和
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大卫·菲格罗亚(David J. 菲格罗亚)
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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斯蒂芬妮·范·霍恩
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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朱莉·格罗斯曼(Julie 格罗斯曼)
§华盛顿大学医学院外科系,密苏里州圣路易斯,密苏里州63110;
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卡佳·瑞姆林格
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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希瑟·麦森(Heather 马德森)
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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詹姆斯·布朗
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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鲁帕·斯里尼瓦桑(Roopa 斯里尼瓦桑)
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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阿玛亚·沃尔夫
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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斯科特·B·伯格
*制药研究与开发公司,葛兰素史克公司,宾夕法尼亚州19426;
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维多利亚·伊
‡华盛顿大学圣路易斯分校医学院麻醉科,密苏里州63110;
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威廉·霍金斯
§华盛顿大学医学院外科系,密苏里州圣路易斯,密苏里州63110;
¶密苏里州圣路易斯市华盛顿大学医学院Siteman癌症中心,密苏里州63110;和
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瑞安·菲尔兹(Ryan C。 Fields)
§华盛顿大学医学院外科系,密苏里州圣路易斯,密苏里州63110;
¶密苏里州圣路易斯市华盛顿大学医学院Siteman癌症中心,密苏里州63110;和
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理查德·霍奇基斯
‡华盛顿大学圣路易斯分校医学院麻醉科,密苏里州63110;
§华盛顿大学医学院外科系,密苏里州圣路易斯,密苏里州63110;
‖密苏里州圣路易斯圣路易斯华盛顿大学医学院医学系
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关键点

  • 脓毒症诱导先天和适应性免疫e乐彩下载中抑制基因的转录。

  • 败血症,创伤和癌症具有许多常见的免疫抑制机制。

  • 败血症期间单核e乐彩下载转录组的变化具有明显的抑制作用。

抽象

败血症的特征是由宿主对感染的免疫反应失调引起的威胁生命的器官功能障碍。这项研究的目的是通过检查特定免疫e乐彩下载亚群(包括单核e乐彩下载/巨噬e乐彩下载以及CD4和CD8 Te乐彩下载)中的RNA表达,确定败血症对人类先天性免疫与适应性免疫的不同作用。第二个目的是确定在脓毒症中可能适用于免疫治疗的免疫抑制机制。最后,我们检查了重症非败血症患者和癌症患者外周e乐彩下载的RNA表达,以比较这些疾病与败血症中发生的独特免疫反应。通过RNA测序分析了败血病患者,重症非败血病患者,转移性结肠癌患者和健康对照的单核e乐彩下载,CD4 Te乐彩下载和CD8 Te乐彩下载。脓毒症引起明显的表型向单核e乐彩下载中多种免疫反应途径下调的转变,表明先天免疫力受损可能是表征该疾病的免疫抑制的基础。在败血症队列中,对CD4 Te乐彩下载的基因转录的影响要比对CD8 Te乐彩下载的影响大得多。败血症诱导的免疫抑制的潜在介质精氨酸1, SOCS-1和SOCS-3,在多种e乐彩下载类型中高度上调。多个负共刺激分子,包括提格, 滞后3, PD-1和CTLA-4,在败血症中也高度上调。尽管癌症对CD8 Te乐彩下载的基因转录有更深远的影响,但在所有疾病中均存在常见的免疫抑制机制,这表明对一种疾病有效的免疫辅助疗法在其他疾病中也可能有效。

介绍

败血症是威胁生命的器官功能障碍,是机体对浸润性感染的反应导致的(1)。脓毒症是重症监护病房(ICU)中最常见的死亡原因,仅在美国,每年就造成超过一百万的死因之一。2–4)。尽管历来认为败血症诱导的死亡是由于不受抑制的e乐彩下载因子介导的炎症所致,但越来越多的共识是,大多数死亡是由于宿主免疫力受损和无法控制入侵的病原体引起的(4–9)。许多导致败血症死亡的微生物具有弱毒性,通常发生在免疫力受损的患者中,从而突显了长期或复发性败血症患者免疫抑制的深刻本质(4–7)。脓毒症免疫抑制的其他证据包括败血症时间长的患者可能会重新激活潜伏病毒,尸检研究表明免疫效应e乐彩下载功能严重受损(10)。患有与年龄相关的免疫功能受损(即免疫衰老)的老年患者在脓毒症中发病率和死亡率最高的事实突显了免疫能力作为脓毒症生存能力的关键因素的关键作用。与免疫抑制相关的许多相同因素在实体瘤癌症患者的健康和生存中也起着关键作用(11 )。

许多研究已经检查了败血症和癌症患者循环免疫e乐彩下载中的基因表达,以确定宿主免疫状态并揭示免疫失调的机制(12–14)。这些先前研究的潜在局限性在于,它们没有区分败血症对特定种类的免疫e乐彩下载的影响,因为分析是针对全血而不是针对特定的e乐彩下载亚群进行的。因此,在全血免疫e乐彩下载异质群体中进行的这些研究结果可能会混淆并且无法区分败血症对包括先天性和适应性免疫系统在内的各种类型免疫e乐彩下载的影响。缺乏e乐彩下载表型歧视是有问题的,特别是在脓毒症中,考虑到目前普遍存在的范例,脓毒症会导致先天免疫e乐彩下载中效应子功能的上调(即炎症性e乐彩下载因子的产生),而自适应免疫e乐彩下载中效应子功能的下调( 12, 15, 16)。同样,这些研究的结果可能无法揭示在密切相关的e乐彩下载类型(例如CD4和CD8 Te乐彩下载)中存在的免疫应答差异,它们在调节宿主免疫力中发挥着独特的作用。

全转录组shot弹枪测序(即RNA测序[RNA-seq])是一种功能强大的方法,与基于杂交的(微阵列基因芯片)相比,它能够对基因表达进行详细的表征,并在较低和较高水平的表达范围内提供更大的动态范围。 )方法。为了进一步提高分析的特异性和重点,在这项研究中,我们从外周血e乐彩下载中纯化了CD4 Te乐彩下载,CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载,并对这些单个e乐彩下载群体进行了RNA测序。

我们的目标是确定败血症对关键免疫e乐彩下载的作用,并发现在败血症中起作用的免疫抑制机制和新途径,这些途径可能适用于正在转变肿瘤学的新兴一类免疫佐剂疗法。我们还确定了败血症对CD4和CD8 Te乐彩下载的不同作用,因为它们在协调宿主免疫力和消除威胁生命的病原体方面具有独特作用。通过ELISPOT分析评估败血病患者的Te乐彩下载IFN-γ产生,以将转录组学发现与e乐彩下载的功能状态相关联。最后,我们比较了癌症患者和脓毒症患者免疫e乐彩下载的RNA表达谱。有趣的是,脓毒症患者和癌症患者拥有许多常见的免疫抑制机制,包括MHC表达降低,Te乐彩下载IFN-γ产生受损,髓样来源的抑制因子和T调节e乐彩下载标记增加以及抑制性受体配体表达增加(11)。因此,通过了解败血症和转移性癌症的免疫反应的相似性和差异性,可以洞察出驱动这两种疾病的共同免疫抑制机制。

材料和方法

研究设计,设置和患者人群

这是一项前瞻性试验,于2015年至2018年之间在密苏里州圣路易斯的巴恩斯犹太医院(该大学有1200张床的大学附属医院)进行。数据收集和分析得到华盛顿大学人类研究保护办公室的批准。所有患者或其合法授权代表均已获得参与的知情同意。

该研究包括接受医学或外科ICU治疗且年龄超过18岁且符合脓毒症共识定义的患者(表一)。败血症定义为存在全身性炎症反应综合征,并且是已知或怀疑的感染源(17)。接受过骨髓照射的患者或最近6个月内接受过化学疗法或放射疗法的患者,以及HIV感染,病毒性肝炎或接受免疫抑制药物的患者(皮质类固醇的剂量≤300 mg氢化可的松或同等水平天)被排除。

败血症的初始免疫表型通常以e乐彩下载因子风暴介导的高炎症性先天免疫反应为特征(2–5)。如果患者仍然败血症,则免疫反应会发展为更具免疫抑制性的表型。当前研究的重点是确定败血症在最初反应过去后发生的更具免疫抑制作用的阶段。因此,脓毒症发作后至少24–48 h,通常在脓毒症发作后2至9 d之间获得败血病人的血液样本。

纳入医疗或外科重症监护病房且未怀疑感染的重症非败血症(CINS)患者作为对照人群(表一)。这些患者主要由创伤患者和接受大手术程序,需要仔细术后监测的患者组成。排除标准与败血症患者的排除标准相同。通常在入ICU后24–48小时获得血样。

在术前门诊接受择期手术的健康年龄匹配对照门诊(对照)作为另一研究人群。排除标准与败血症患者的排除标准相同。

招募了一组癌症患者,以比较和对比癌症与败血症的免疫学作用。癌症队列由患有结直肠肿瘤并转移到肝脏的患者组成。患者必须>年满18岁,且在采集血液样本的8周内未接受化学疗法或放射疗法。

PBMC的收获

通过Ficoll-Paque Plus(GE Healthcare,Uppsala,Sweden)梯度离心从EDTA(18 )。

e乐彩下载类型的分离

首先通过阳性选择CD8从患者PBMC中依次分离e乐彩下载类型+ e乐彩下载。然后对CD14进行正向选择+ e乐彩下载获得单核e乐彩下载。最后,CD14选择的流程对CD4进行了正选择+ e乐彩下载(EasySep;e乐彩下载信号技术,马萨诸塞州丹佛斯)。分离后,将一等分的e乐彩下载放在一边以评估纯度,并将大部分e乐彩下载分离物重悬于QIAzol(QIAgen,Hilden,德国)中。用以下抗体对分离的e乐彩下载群进行染色以测试其纯度。 CD4+ 和CD8+ 群体用抗CD3-FITC(克隆:HIT3a,目录号300306),抗CD4-PerCP / Cy5.5(克隆:RPA-T4,目录号300530)和抗CD8-APC / Cy7(克隆:SK1,目录)染色第344714号)。 CD14+ 群体用抗CD14-PerCP / Cy5.5染色(克隆:HCD14,目录号325622)。 Abs来自 生物传奇。在FACScan(BD Biosciences)上采集样品,该样品已升级为五种颜色(CyTek,Freemont,CA)。使用FlowJo v.10.4.1(BD Biosciences)分析样品。

ELISPOT分析

ELISPOT测定法用于测量免疫e乐彩下载刺激的e乐彩下载因子产生,用于将RNA-seq的发现与Te乐彩下载的功能状态联系起来。如前所述进行了ELISPOT分析(19)和制造商的说明(产品目录号SEL210; R&D系统,明尼苏达州明尼阿波利斯)。将PBMC以标准密度铺板,并与含有抗CD3和抗CD28抗体的RPMI培养基孵育过夜。使用比色试剂盒(Strep-AP和BCIP-NBT,目录号SEL002;比色法试剂盒)检测IFN-γ。 R&D Systems)。捕获ELISPOT图像,并在Cellular Technologies(俄亥俄州克利夫兰)ImmunoSpot 7.0读板器上进行分析。为了确保斑点数量不仅取决于每个患者的测定中淋巴e乐彩下载数量的变化,将斑点数量除以每位患者输入测定中的淋巴e乐彩下载数量。通过将输入的PBMC数乘以PBMC分数中淋巴e乐彩下载的百分比来确定每次测定的淋巴e乐彩下载数。

单核e乐彩下载HLA-DR表面表达

如前所述,在单核e乐彩下载上检查了HLA-DR的表面水平(20)。简而言之,将全血用Quantibrite Anti-HLADR-PE / Anti-Monocyte-PerCP / Cy5.5(BD Biosciences,San Jose,CA)染色,将RBC用RBC Lysis Buffer(生物传奇(加利福尼亚州圣地亚哥),并在已升级为五种颜色的FACScan(BD Biosciences)上采集样品(CyTek)。使用FlowJo v.10.4.1(BD Biosciences)分析样品。使用BD Quantibrite PE Beads作为Excel(Microsoft)中的参考来计算每个e乐彩下载的Abs。

ELISPOT和HLA-DR表面表达的统计分析

在JMP 14.2.0(SAS研究所)中绘制了来自ELISPOT分析和单核e乐彩下载HLA-DR表面表达的数据。 ELISPOT和单核e乐彩下载HLA-DR表达数据未呈正态分布,如残差图和Box-Cox转换所示。由于两个数据集均遵循对数正态分布,因此对数10 在进行数据分析之前先进行转换。 ELISPOT和HLA-DR表达数据均通过单向ANOVA分析。

RNA提取,测序和分析

提取RNA,并准备条码文库进行分析。在Illumina HiSeq 3000上进行测序,平均,平均映射了5700万个配对的读取末端,平均覆盖110个配对的读取,并在分析之前对数据进行了质量检查。为了评估潜在的样品交叉污染,我们检查了e乐彩下载类型特异性标志物(CD4的CD3D,CD3E和CD4)的表达+ Te乐彩下载; CD8A的CD8A和CD8B + Te乐彩下载; CD14的CD14+ 单e乐彩下载样本中的单核e乐彩下载(请参阅 结果)。总体而言,e乐彩下载类型特异性标志物的表达与相应e乐彩下载类型高度一致。有8个样本表现为e乐彩下载类型特异性标记物表达的异常值,并被排除在下游分析之外(补充图1)。使用FastQC对原始FASTQ数据进行初始质量检查(21)。读的是<25 bp,最高质量得分低于Q15或平均质量得分低于Q10的样品将被丢弃。将经过质量过滤的读数映射到恒河猴参考基因组MacaM版本7.6.8(22),并使用STAR(16,048个基因和18,753个转录本23)。使用Subread(24)。对CD4进行差异基因表达分析+, CD8+和CD14+ R Bioconductor中使用DESeq2的样品(25)。具有倍数变化的重要差异表达基因(DEG)>1.5和错误发现率(FDR)调整 p 值<通过比较脓毒症,CINS和癌症患者与年龄匹配的每种e乐彩下载类型的健康对照者的差异,确定为0.05。使用MetaCore(GeneGo)v5.0(汤森路透)对DEG进行途径富集分析。 RNA序列数据保存在美国国家生物技术信息中心的基因表达综合数据库(//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE133822)。在补充材料中发现了其他方法。

结果

病人队列

在败血病,CINS和对照组之间总共招募了99名受试者。在这些患者中,有14位患者没有因抽取或从ICU撤出而在样本收集之前抽取样本。在其余的85位个体中,有13位患者是无法评估的,这是因为e乐彩下载数量太少而无法收集足够量的RNA,或者因为RNA质量太低而无法继续(5名败血症患者,5名CINS患者和3名对照)。其余72位患者分为以下几类:29名败血症,23名CINS和20名对照(表一)。招募了五名转移至肝脏的结肠癌患者。

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表一 患者特征

通过磁珠分离将患者和健康对照者的外周血样本分类为CD4+, CD8+和CD14+ (单核e乐彩下载)e乐彩下载群,并通过流式e乐彩下载仪确认纯度。通过流式e乐彩下载仪评估的平均纯度分别为90.9%CD4 Te乐彩下载,84.6%CD8 Te乐彩下载和77.8%单核e乐彩下载(补充图1)。从每个患者组的每种e乐彩下载类型中分离RNA,并通过RNA-seq分析。通过检查三种e乐彩下载类型中每种e乐彩下载类型中几种e乐彩下载类型特异性标志物的基因表达,使用RNA-seq结果进行了进一步的纯度测试(补充图1)。根据此分析,得出了八个样本(五个CD4+ 样本,两个CD8+ 样本和一张CD14+ 样本)被排除。

与CD8 Te乐彩下载相比,脓毒症对CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载具有更深远的影响

为了比较败血症对三种不同e乐彩下载类型的影响,我们首先检查了败血症患者与健康年龄匹配的对照组相比CD4 Te乐彩下载,CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中改变的基因的绝对数量。出乎意料的是,败血症在CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中诱导的DEG是CD8 Te乐彩下载变化的约五倍。具体而言,脓毒症患者的CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载与健康对照组相比分别为1976和2163 DEG ,而脓毒症患者与对照组相比CD8 Te乐彩下载中只有375 DEG (Fig. 1, 表二 )。

图1。
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图1。

化脓性PBMCs中差异表达的途径和基因。发现几个高度重要的基因(左侧)和顶部的MetaCore途径(右侧)在CD4中差异表达+ Te乐彩下载(A), CD8+ Te乐彩下载(B)和CD14+ 单核e乐彩下载 (C显示了败血症患者与健康个体相比)。基因以倍数变化(FC)显示,途径以负对数(P)显示。颜色编码指示基因表达增加(红色)或减少(蓝色)(左侧),以及途径的功能分类(右侧)。单核e乐彩下载具有比上调途径明显更多的下调途径(C,右)。

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表二。 DEG 和MetaCore途径的数量

通过MetaCore分析进行了途径富集分析,并且观察到了败血性和对照性影响的所研究e乐彩下载类型的分子和免疫途径的相似差异作用。 CD4 Te乐彩下载中激活了129条通路,单核e乐彩下载中激活了83条通路(图1A, 表二)。相比之下,CD8 Te乐彩下载中只有23条途径被激活(图1B, 表二)。重要的是,在CD4 Te乐彩下载中激活的e乐彩下载分子途径的类型也与在CD8 Te乐彩下载中激活的分子途径明显不同。 CD4 Te乐彩下载中激活的129条途径中的大多数与e乐彩下载免疫反应有关。相比之下,富含CD8 Te乐彩下载的23种途径几乎都参与e乐彩下载周期调节和e乐彩下载发育,而很少有途径与免疫应答的调节有关(图1A, 1B )。

脓毒症导致单核e乐彩下载基因和免疫反应途径的明显下调

CD4和CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中DEG的分析表明,Te乐彩下载与单核e乐彩下载的反应存在显着差异。 CD4 Te乐彩下载中有1586个上调基因,而390个下调基因。在CD8 Te乐彩下载中,上调基因与下调基因的比率也有类似的增加,其中有309个上调基因和66个下调基因。与CD4和CD8 Te乐彩下载中主要的基因上调相反,单核e乐彩下载中约有55%的DEG被下调( 表二 )。

与健康对照患者相比,败血病患者单核e乐彩下载的第二个重要发现是介导e乐彩下载和免疫反应的通路的下调(无花果1C, 2,右侧面板)。在CD4和CD8 Te乐彩下载中,大多数免疫反应途径都增加了(图1A, 1B),而败血病患者单核e乐彩下载中的大多数被抑制(无花果1C, 2)。具体而言,败血症患者单核e乐彩下载中的10条免疫应答途径被抑制,而与对照组相比仅增加了两条免疫应答途径。此外,败血病患者单核e乐彩下载中两个上调的免疫反应途径之一是参与免疫抑制的IL-10途径。脓毒症对CD4和CD8 Te乐彩下载与单核e乐彩下载的免疫反应途径的影响之间的显着差异通过指出CD4和CD8 Te乐彩下载的免疫反应途径上调的数量(红色刻度,图的左侧)进一步突出了脓毒症。单核e乐彩下载的下调途径(蓝色刻度,图的右侧)分别(图2B)。脓毒症患者和对照患者的单核e乐彩下载中上调的那些途径主要涉及e乐彩下载周期和e乐彩下载发育(图1C)。请注意,中的路径列表 Fig. 1 并非详尽列出发现表达改变的途径,而是仅列出前20个上调和下调的途径。

图2。
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图2。

DEG 的比较。败血病,CINS和癌症人群的DEG和途径。 (A)维恩图显示每种单元格类型和组中DEG的数量,每种单元格类型中找到的DEG跨组重叠。 (B)显示许多被发现差异表达的途径,并将其分类为功能组。显示了基于FDR的每种途径在患者组之间的重要程度比较(蓝色代表下调,红色代表上调)。显示了每组与健康组相比的FDR。 (A)请注意,与脓毒症或CINS患者相比,癌症患者CD8 Te乐彩下载中基因表达的变化明显(上调和下调)。 (B)请注意,与CD4和CD8 Te乐彩下载的途径上调相比,单核e乐彩下载中的免疫反应途径显着下调(单核e乐彩下载为蓝色阴影,而CD4和CD8 Te乐彩下载为红色阴影)。

脓毒症抑制单核e乐彩下载共刺激分子,Ag呈递和信号传导

有趣的是,我们发现败血症患者的单核e乐彩下载与健康对照相比,与单核e乐彩下载和Te乐彩下载的共刺激相互作用相关的许多途径和基因均被下调(无花果1C, 2B, 3)。鉴于脓毒症中检查点抑制剂的已发表研究,这一发现特别有意义。26–28)。代表性的下调基因包括 CD86, OX40L和TIMD4。除了抑制共刺激通路外,还有几个涉及NF-AT的关键信号通路(和代表性基因)( LCK , FASL, NFATC2等)和ICOS(爱科斯, PLCG1, ITK 脓毒症患者和对照患者的单核e乐彩下载中的)也被下调。此外,Ag呈递基因的表达显着降低,包括12个可调节HLA的基因(图3B,底部面板)。调节Ag表达的基因表达降低的发现与流式e乐彩下载仪分析的结果一致,这表明败血病患者与对照患者的单核e乐彩下载HLA-DR表达显着降低(补充图2 )。

图3。
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图3。

败血症,癌症和重大疾病中单核e乐彩下载和CD4 Te乐彩下载相互作用的改变。免疫突触中的许多分子显示出改变的表达,包括几种Ag呈递蛋白。 ( A气泡表示基因差异表达,其中的数字表示差异表达的患者人群(1 =脓毒症,2 = CINS,3 =癌症)。蓝色气泡代表下调的基因,而红色气泡代表上调的基因。气泡中的填充量表示表达变化的相对程度,最小值为1.2 |倍变化|。 (FC)。 (B显示了重要的免疫突触配体/受体对和Ag呈递分子(HLA)以及特定基因的相对FC。红色框代表重要的DEG(| FC |> 1.5, 罗斯福 p <0.05)。在脓毒症和CINS患者与癌症患者中,Ag呈递分子(HLAs)的下调更为强烈(图的右下角)。然而,与脓毒症或CINS患者相比,癌症患者的CD8 Te乐彩下载下调更为强烈(图的右上角)。

尽管脓毒症患者和对照患者的单核e乐彩下载中大多数途径均被抑制,但一些途径仍被上调。这些上调的途径包括e乐彩下载因子介导的反应,例如IL-3(PU.1, e乐彩下载周期蛋白A2, Bcl-6, JAK3等)和IL-10(IRS-2, HMOX1, 抗体等)。在脓毒症患者和对照患者中,其他上调的途径包括介导骨髓分化的那些(ITGAM, 髓母e乐彩下载素, SOCS3等)和胆固醇的生物合成(SREBP2, 光盘 , 财务会计准则等)。

脓毒症上调关键的免疫调节和e乐彩下载应激途径

由于结果具有高度统计学意义,并且由于这些基因对介导作为脓毒症特征的免疫抑制表型的潜在重大影响,因此提出了特别令人感兴趣的发现。精氨酸对于Te乐彩下载增殖,ζ链肽和TCR复合物的表达以及记忆的发展至关重要(26)。分解精氨酸的精氨酸酶在败血症和癌症的髓样抑制e乐彩下载中高表达(29, 30 )。 精氨酸酶1 (ARG1)是CD4(4.48 FC / 6.68e-12 罗斯福 )和CD8 Te乐彩下载(3.11 / 2.03e-12)上最显着上调的基因之一,而在单核e乐彩下载(2.27 / 1.28 e- 5)来自脓毒症患者与健康对照患者。据报道,脓毒症患者中e乐彩下载因子信号传导(SOCS)的抑制因子升高,是抑制JAK-STAT信号通路抑制e乐彩下载因子和TLR信号传导的关键抑制剂( 31 )。 SOCS1 和 SOCS3 在脓毒症患者的CD4(分别为1.82 / 1.28e-7和3.99 / 2.06e-25)和CD8 Te乐彩下载(分别为2.26 / 1.85e-9和2.15 / 6.39e-7)中均显着上调。 SOCS3 脓毒症患者的单核e乐彩下载(2.77 / 5.06e-17)中的TNF-α也高度上调。同样, MMP9 在败血病患者的CD4 Te乐彩下载,CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中表达上调,但在CINS患者中则没有(Fig. 1 )。

缺氧诱导因子1α(HIF-1α)通路先前已被证明在脓毒症患者中被上调,并且在介导脓毒症中单核e乐彩下载从促炎表型转变为抗炎表型的功能重编程中起着重要作用(32)。尽管在我们的任何样品中均未发现HIF-1α的差异表达,但脓毒症会导致缺氧诱导因子1(HIF-1)靶标通路高度显着上调,且其HIF-α下游靶标的表达增加1,包括 TGM2, LDHA, CITED2等等,在所有三种单元格类型中(补充图3 )。

组蛋白通过结合和抑制DNA表达的紧密程度在控制DNA表达中起着重要作用。脓毒症患者与对照患者的单核e乐彩下载中有20多个与组蛋白相关的基因上调。这些基因中有组蛋白脱乙酰基酶和甲基转移酶。

在脓毒症患者和健康对照患者的CD4 Te乐彩下载中,几种促炎和抗炎e乐彩下载因子信号通路(例如IL-5,IL-6,IL-8,IL-10等)均显着上调。在败血病患者的CD4 Te乐彩下载中富集的其他途径和相关感兴趣的基因涉及免疫功能和对e乐彩下载刺激,e乐彩下载周期的反应( 极光激酶A 和 B, PLK1, CDK1等)和趋化因子(4个C-C基序和5个C-X-C基序趋化因子)。许多与压力有关的途径也显示脓毒症患者与对照患者的CD4 Te乐彩下载表达增加。这些途径包括对氧化应激和缺氧应激的响应,例如, SOD2, HMOX1, 亚太经合组织, GPX1, 血管内皮生长因子和MMP9和to cell damage, for example, 迪亚斯, DRAM1, DDIT4, ICAM1, 肝e乐彩下载生长因子 和e乐彩下载周期蛋白B2.

CINS患者在基因表达方面与败血症患者广泛重叠

这项研究的另一个目标是确定败血症患者的转录基因应答是败血症所独有的还是在CINS患者中也发生。与脓毒症患者的发现相似,对CINS患者的样本进行RNA-seq分析表明,与健康对照患者相比,CD4 Te乐彩下载(1477个基因:1255个上调和222个下调)和单核e乐彩下载(1264个基因)中的DEGs发生了显着变化。 :475个上调,而789个下调),但CD8 Te乐彩下载中没有(65个基因:53个上调,而12个下调)(图2A, 表二)。同样,MetaCore分析显示,与CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载相比,来自CINS患者的CD8 Te乐彩下载的活化途径少得多。在这方面,分别在CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中富集了175条通路(175条上调和0条下调)和112条(46条上调和66条下调)途径,而在CD8 Te乐彩下载中仅丰富了两条(两条上调和零条下调)途径CINS患者与健康对照组的比较。与脓毒症患者的发现也相符的是,与健康对照患者相比,CINS患者单核e乐彩下载的大多数DEG和途径均被下调。

在脓毒症和CINS患者的CD4 Te乐彩下载中上调的基因高度重叠。在脓毒症和健康对照组的CD4 Te乐彩下载中上调的1583个基因中,CINS患者中也有1167个或73%上调(图2A)。尽管不如上调程度那么广泛,但在脓毒症和CINS患者的CD4 Te乐彩下载中下调的基因中有45%的重叠。尽管败血症导致CD8和CD4 Te乐彩下载中的上调基因少得多(分别为310和1583),但败血症的增加远大于仅上调54个基因的CINS(Fig. 2)。在脓毒症和CINS患者中,单核e乐彩下载基因都有大量上调和下调,而且它们也有高度重叠。

在脓毒症和CINS患者的CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中,基因表达的广泛重叠反映在这两种情况下,共享免疫应答途径的高度重叠(图2B)。在脓毒症患者的CD4 Te乐彩下载中,所有25个最上调的免疫应答途径也都在CINS患者中被上调(图2B,左侧面板)。同样,脓毒症患者单核e乐彩下载中所有25个被下调的通路在CINS患者中也被下调(图2B,右侧面板)。相反,与CINS患者相比,败血症对CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载的e乐彩下载周期途径都有明显的影响。与CD4 Te乐彩下载途径高度重叠相比,脓毒症患者与CINS患者CD8 Te乐彩下载的免疫应答途径或e乐彩下载周期途径几乎没有重叠(Fig. 2,中间面板)。

最惊人的发现之一是败血病和CINS患者中发生的HLA分子广泛下调(Fig. 3)。在败血症中被下调的十二种HLA分子中的十一种在CINS患者中也被下调,尽管通常程度要低得多。同样,败血症和非败血症性重症疾病对CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中共刺激分子下调的影响存在高度重叠(Fig. 3)。败血病和CINS患者CD4 Te乐彩下载中存在的上调通路包括促炎和抗炎信号通路(例如IL-3和IL-10通路)以及与HIF-1α相关的低氧应激通路的靶标(图2B)。在脓毒症和CINS患者的CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中,HIF-1α下游靶标均被上调。 SOCS3 在脓毒症和CINS患者的CD4和CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载中,mRNA上调。

CINS患者CD4 Te乐彩下载中表达上调但脓毒症患者中未上调的途径与糖皮质激素抑制信号传导有关(IL-1RI, IL-1β, ICAM1等等),CCL信令(CCL20, CXCL16, CCR1, MMP8等),以及制瘤素信号传导(抑素M, EGR1, 操作系统等)。在CINS患者的单核e乐彩下载中选择性上调但在败血病患者中不选择性上调的通路与e乐彩下载粘附有关(ITGAM, 纤连蛋白, 血小板反应蛋白1等)以及IL-5和IL-1信号传导。

癌症,败血病和CINS患者在免疫应答中的重要共性

通过对本研究结果的分析,可以概述大肠癌患者与败血症和CINS病患相比,循环淋巴e乐彩下载表型的关键相似点和不同点。最引人注目的发现是在癌症,败血病和CINS患者中发生的单核e乐彩下载免疫应答途径的强烈下调(图2B)。令人惊讶的是,在癌症患者单核e乐彩下载中被下调的DEG中,也有三分之一以上在脓毒症和CINS患者的单核e乐彩下载中也被下调(图2A,右侧面板)。

这三种情况共有的上调途径包括CD8 Te乐彩下载中的许多e乐彩下载因子信号传导途径,CD4 Te乐彩下载中的HIF-1α靶途径以及单核e乐彩下载中的KRAS信号传导。在所有三种情况下均下调的途径包括单核e乐彩下载中的Te乐彩下载信号传导和共信号传导途径(Fig. 3)。在以下三个患者组中可以看到相对上调和下调的水平 Fig. 3;在这三组中,共刺激标记物的下调和抑制性标记物的上调以及单核e乐彩下载中HLA RNA表达的巨大缺陷有多个实例(Fig. 3 )。

败血症和癌症样品中都存在但CINS样品中不存在的途径很少。在CD4 Te乐彩下载中,这些包括“乳腺癌e乐彩下载中的IL-6信号传导”,“ YAP / TZA介导的转录共调节”和“大肠癌中的IGF家族信号传导”。从CINS患者的CD4 Te乐彩下载中发现了其他与IL-6相关的途径,其中IGF途径也被上调。但是,CINS CD4 Te乐彩下载完全没有包含YAP / TZA的途径。在CD8 Te乐彩下载中,有三种符合该标准的途径:“通过JAK / STAT,p38 / JNK和NF-κB的免疫应答IL-3信号传导”,“中性粒e乐彩下载来源的颗粒蛋白和哮喘中的e乐彩下载因子”和“通过JAK / STAT发出的免疫应答IL-5信号。” CINS CD8 Te乐彩下载中没有与IL-3或IL-5信号传导相关的相似途径,也与中性粒e乐彩下载颗粒蛋白无关。发现单核e乐彩下载中败血症和癌症共有的所有途径也都对CINS样品共有。

与脓毒症和CINS患者相比,癌症对CD8 Te乐彩下载的独特作用

免疫e乐彩下载的癌症和败血症之间最明显的区别是CD8 Te乐彩下载。脓毒症对CD4 Te乐彩下载和单核e乐彩下载的基因表达有重大影响,但对CD8 Te乐彩下载的基因表达影响较小(Fig. 2)。与脓毒症和CINS患者的发现相反,与健康对照患者相比,从转移性癌症患者获得的CD8 Te乐彩下载的DEG显着变化(Fig. 2)。癌症患者CD8 Te乐彩下载中上调基因的数量是脓毒症患者中上调的基因数量的约10倍(Fig. 2)。同样,来自癌症患者的CD8 Te乐彩下载中被下调的基因数量是败血症患者的25倍。这些丰富的转录变化提示免疫编辑和全身性抗肿瘤Te乐彩下载反应。

败血症患者独特的几种改变途径

如前所述,来自败血病个体的CD4和CD8 Te乐彩下载显示出e乐彩下载周期途径的上调。这些途径主要与有丝分裂检查点有关。在CD4 Te乐彩下载中,上调中期检查点,纺锤体组装和染色体分离,以及后期促进复合体在e乐彩下载周期调控中的作用被上调。这些通路在CINS或癌症样本中均未改变。另一个仅脓毒症途径与经由激酶级联的TGF-β信号传导有关。尽管败血症患者重叠,但发现败血症患者与对照组相比CD8 Te乐彩下载中上调的途径在其他两组中均未差异表达。如前所述,其中大多数涉及e乐彩下载周期相关的途径。脓毒症独有的其他非e乐彩下载周期相关途径涉及某些类型的促炎e乐彩下载因子产生,e乐彩下载分化,DNA损伤,颗粒蛋白释放等。在脓毒症的CD8 Te乐彩下载中发现的唯一下调的MetaCore途径是血液系统恶性肿瘤中的Be乐彩下载信号传导。

在单核e乐彩下载中,脓毒症中独特上调的途径涉及髓样分化,胆固醇和脂肪酸生物合成的转录控制以及几种与e乐彩下载周期相关的途径。脓毒症特异性下调的途径包括Bcl-2和IAP抗凋亡途径,H-RAS和TC21调节途径以及几种免疫应答途径(包括T调节分化,IL-16信号传导,分泌信号和Th17分化)。如类风湿关节炎,上皮-间质转化和Th2e乐彩下载迁移途径。此外,还有>败血症的单核e乐彩下载中有20个基因上调,而CINS患者的单核e乐彩下载中没有20个基因与组蛋白相关。这可能表明染色质改变(表观遗传修饰)在脓毒症中的作用,有助于单核e乐彩下载的免疫抑制表型。

功能抑制性败血症患者的基因表达

败血症的标志是Te乐彩下载功能受损,包括关键e乐彩下载因子IFN-γ(5–7)。推测Te乐彩下载IFN-γ产生受损是脓毒症的重要病理生理异常,并且已经进行了IFN-γ作为免疫增强疗法的临床试验(6, 9)。为了确定败血症患者是否Te乐彩下载功能受损并将推定的Te乐彩下载功能降低与基因表达联系起来,使用ELISPOT分析法对脓毒症和CINS患者的PBMC进行α-CD3/α-CD28刺激和IFN-γ产生(Fig. 4)。与败血症患者相比,CINS患者中产生IFN-γ的淋巴e乐彩下载百分比大约是后者的两倍(图4A)。对败血病患者的刺激性Te乐彩下载IFN-γ进行检查后发现分布不正常(Shapiro-Wilk, p = 0.0029)出现了双峰(图4A)。随后将这些败血症患者分为两组:IFN-γ反应抑制的患者与IFN-γ反应抑制的患者(图4B )。

图4。
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图4。

败血性PBMC对刺激作出反应的能力,如IFNg ELISPOT所测量。与相似的CINS患者相比,败血性患者PBMC对刺激的反应较差。 (A根据ELISPOT的测量,在测定中控制淋巴e乐彩下载数量后,来自CINS患者的PBMC中能够对抗CD3 /抗CD28刺激产生更大反应的淋巴e乐彩下载百分比高于败血症患者。 (B)败血症患者组中ELISPOT结果的分布是非高斯分布的。对刺激的响应的多峰分布允许区分抑制的(即,对刺激的响应很小)和非抑制的(即,对刺激的响应更大)。 (C)来自CINS患者,脓毒症患者和非抑制性脓毒症患者的代表性ELISPOT图像。原始放大倍率〜×25。

进行了进一步的分析,以确定不能对刺激产生反应的患者与能够对刺激产生反应的患者之间存在什么转录组差异。在这些组之间,CD4和CD8 Te乐彩下载分别有486和206个DEG。这些DEG的分类表明,无反应者与反应者相比,CD4 Te乐彩下载中有12条通路被上调(补充表一)。这些途径包括e乐彩下载粘附和炎症(GRO-1, GRO-2, IL8RA, IL8RB, 转化生长因子等)。也有涉及Th17-(MMP9, 白e乐彩下载弹性蛋白酶 [伊兰]等)和Th2-(MMP-12, CHI3L1等)的相关功能。有趣的是,鉴于先前关于强烈上调 ARG1,在无反应者中被上调的DEG之一包括免疫抑制基因 ARG1.

讨论区

当前研究的一个主要目标是使用关键免疫e乐彩下载的RNA序列确定败血症对宿主免疫反应的影响。对脓毒症对调节免疫力的分子机制的病理生理作用的更深入的了解可以为潜在的新治疗方法提供见识。与检查败血症转录组的大多数先前研究相比,使用RNA-seq技术的本研究具有许多优势。与以前的大多数研究中使用的方法微阵列分析相反,RNA-seq提供了出色的动态范围,因此能够更精确地定义败血症增加或减少基因表达的作用强度。另外,RNA-seq不依赖于探针捕获,因此将识别所有转录本,包括可能具有多态性或非预期或未知的转录本。当前研究的另一个优势是将具有三种不同临床状况的患者纳入研究范围,从而能够识别和比较在所有三种不同状况下发生的免疫调节机制。当前研究的另一个优势是鉴定败血症对单个e乐彩下载成分(即CD4 Te乐彩下载,CD8 Te乐彩下载和单核e乐彩下载)的影响。以前检查败血症对基因表达影响的大多数研究都检查了Pax基因管获得的全血。全血基因分析可能无法准确评估败血症对免疫的两个关键方面(先天免疫和适应性免疫)的不同作用。

尽管据我们所知,当前的研究中有许多新颖的发现,但也许最令人惊讶的发现是败血症患者与健康对照组相比,参与免疫应答的单核e乐彩下载分子途径的下调程度( 无花果1个, 2,右侧面板)。脓毒症诱导的单核e乐彩下载免疫途径抑制作用的这一发现与人们普遍认为的脓毒症诱导先天免疫反应的上调形成了鲜明的对比(5–7)。比较败血病患者和健康对照者单核e乐彩下载中基因表达的变化,发现2165个DEGs上调了976个基因,下调了1189个基因。尽管上调基因和下调基因的数量相当,但基因变化对免疫应答途径的影响已明显转向免疫抑制(无花果1个, 2B)。此外,单核e乐彩下载中少数几个上调的免疫反应途径之一显示于 图2B IL-10信号通路具有免疫抑制作用。在败血病患者的单核e乐彩下载中上调的免疫途径确实包括几种促炎途径,包括例如趋化性和IL-3信号传导。毫无疑问,败血症中激活了促炎途径和消炎途径,但是目前的结果显示出免疫抑制机制的显着优势。来自败血病患者的循环单核e乐彩下载和组织单核e乐彩下载的大量研究一致显示促炎性e乐彩下载因子(例如TNF-α)的分泌受损和Ag表达降低(6–10)。因此,这些对单核e乐彩下载的功能研究支持了目前的转录组学结果,表明脓毒症在单核e乐彩下载中导致主要的免疫抑制表型。

一个令人费解的问题是,鉴于目前普遍认为脓毒症会引起先天性免疫的强烈上调,为什么当前的研究为什么显示出与先天性免疫控制有关的基因的广泛下调(5–7, 12–16)?对于这种差异的一种可能的解释可能与我们患者采样的时机有关。本研究的目的是检查造成脓毒症免疫抑制阶段的机制(即在脓毒症的初始高炎症期过去后)。采样患者的时间至少在败血症发作后24–48 h,通常在入ICU进行败血症处理后2–7 d。先前许多研究了创伤和败血症中基因表达的研究都研究了该疾病的早期初期,这与高炎症期相对应。目前的转录组学结果显示先天免疫力降低与许多研究一致,这些研究已证明败血症患者单核e乐彩下载功能受损,如刺激的单核e乐彩下载e乐彩下载因子分泌的整体损害所表明的(33)。这些功能研究表明单核e乐彩下载活性受损,为目前的转录组学发现提供了支持,这些发现表明存在明显且广泛的基因抑制作用。毫无疑问,长期脓毒症患者的单核e乐彩下载/巨噬e乐彩下载中仍存在炎症机制。然而,目前的结果与先天免疫以及适应性免疫的总体抑制程度一致。

CINS患者和癌症患者中也存在单核e乐彩下载向更强免疫抑制表型的转变(图2B)。有趣的是,脓毒症,CINS和癌症患者中DEG数量的重叠对于单核e乐彩下载而言要比对CD4或CD8 Te乐彩下载的影响大得多(图2A,右上面板)。这三种状态在单核e乐彩下载转录组中的这种重叠表明,单核e乐彩下载通过激活共同的分子途径对多种损伤作出反应。在这方面,应该注意的是,来自败血症,创伤和癌症患者的单核e乐彩下载具有许多免疫表型特征,包括例如HLA表达降低,IL-10产生增加以及髓样来源的抑制e乐彩下载增加(11 )。

当前研究的主要目标是发现引起免疫抑制的潜在机制,这是败血症患者的标志。由于增加的幅度和与该领域的潜在相关性,一些发现特别值得注意。转录的深刻上调 ARG1 by 105–1012-败血病患者单核e乐彩下载,CD4 Te乐彩下载和CD8 Te乐彩下载中的折叠非常明显。此外,当测试患者样本对刺激的反应能力时, ARG1 发现在显示出功能抑制的那些样品中,与未抑制的相比,它们具有更高的表达。以前,精氨酸酶已参与败血症和癌症的免疫抑制介导,并被认为是髓样来源的抑制e乐彩下载削弱宿主免疫力的主要机制( 29, 30)。精氨酸酶消耗精氨酸的e乐彩下载,这对于Te乐彩下载增殖,ζ链肽和TCR复合物的表达以及记忆的发展是必不可少的(30)。最近,精氨酸酶已与败血症的发病率和死亡率增加相关(29)。精氨酸酶抑制剂目前正在针对多种实体瘤患者的多项临床试验中进行测试,从而突显了本研究结果的潜在意义。鉴于广泛的临床前研究涉及精氨酸缺乏在脓毒症病理生理中的作用,如果精氨酸酶抑制剂在肿瘤学临床试验中显示出安全性和有效性,那么在脓毒症的临床试验中也可以考虑使用它们。

SOCS家族成员是脓毒症诱导的免疫抑制的其他潜在介质,其在脓毒症中明显上调并且具有调节免疫的有效能力。 SOCS是免疫炎症反应的多效抑制剂,可阻断JAK-STAT信号通路并阻止病原体识别和e乐彩下载因子受体的活化(31, 34 )。 SOCS1 是脓毒症患者中上调程度最高的基因之一(即10 7–1025–分别在CD4和CD8 Te乐彩下载中上调倍数)。目前的发现与PiñerosAlvarez等人最近的工作相似。 (31)记录在案的人增加了 SOCS1 小儿败血症患者血液白e乐彩下载mRNA表达抑制 SOCS1 据报道在各种败血症动物模型中有益或有害,并且可能取决于炎症反应的严重程度和病原体的毒力(34 )。 SOCS3 也被高度上调(107–1025-脓毒症患者所有三种e乐彩下载类型的倍数上调)。有趣的是,在癌症和非败血性危重疾病的所有三种e乐彩下载类型中,SOCS3的表达也都上调,这与在所有三种不同情况下抑制SOCS介导的e乐彩下载因子的潜在重要作用相一致。

HIF-1α以前曾在败血症中表征(13)。 沙洛娃等。发现脓毒症患者的单核e乐彩下载中的HIF-1α上调,而且,这些单核e乐彩下载均具有免疫抑制表型,但仍可发挥伤口愈合和抗菌作用(32)。在当前的研究中,败血症患者的单核e乐彩下载和CD4或CD8 Te乐彩下载中的HIF-1α均未发现上调。但是,发现所有组的单核e乐彩下载和CD4 Te乐彩下载中HIF-1途径的下游靶标均被上调(补充图3)。众所周知,免疫应答可能会导致HIF-1途径的活性增加,尽管有研究表明HIF-1导致炎症水平增加,但本研究获得的总体结果与HIF-1的数据一致。 沙洛娃等。表明单核e乐彩下载具有更强的抑制表型(32)。 沙洛娃等。还发现IRAKM上调,可起负调控TLR信号的作用。像HIF-1α一样,在当前研究中未发现IRAKM在脓毒症单核e乐彩下载中差异表达。然而,发现在败血性单核e乐彩下载中有几个TLR被下调。因此,尽管在两项研究中某些特定基因之间的某些细节可能有所不同,但两者均显示出重叠的途径,这些途径倾向于有助于同一表型。

败血症中免疫抑制的其他潜在机制包括大量的Ag呈递分子的表达降低,许多阳性共刺激分子的下调以及抑制性受体/配体的上调( Fig. 3 )。 Specifically, transcripts for the inhibitory receptors LAG-3, CTLA-4, PD-1, 和 提格 were increased in CD4 T cells, CD8 T cells, 和 /or monocytes from patients with sepsis (Fig. 3)。先前对败血病患者循环免疫e乐彩下载的流式e乐彩下载术研究表明,所有这四种抑制受体的表达均增加,从而突显了本研究的潜在临床意义(35–37 )。 Furthermore, Abs that block the inhibitory receptors 滞后3, CTLA-4, PD-1, 和 提格 have restored immune effector cell function 和 improved survival in animal models of sepsis, chronic viral infection, 和 /or cancer (35–38)。现在,抗PD-1和抗CTLA-4抗体已在临床上广泛用于治疗癌症患者,抗LAG3抗体正在接受临床试验。

本研究的另一个发现为脓毒症的病理生理提供了见解,是与CD4 Te乐彩下载相比,CD8 Te乐彩下载对脓毒症的转录组反应大大减少的观察结果。与强大的CD4 Te乐彩下载反应相比,脓毒症中CD8 Te乐彩下载反应的减少可能是因为,引起ICU患者败血症的绝大多数病原体是e乐彩下载外而非e乐彩下载内微生物。尽管CD8 Te乐彩下载是IFN-γ的主要产生者,这对脓毒症中巨噬e乐彩下载的活化是有益的,但与CD4 Te乐彩下载相比,CD8 Te乐彩下载在控制e乐彩下载外生物方面的作用减弱。与脓毒症的转录组变化相对较少相比,来自癌症患者的CD8 Te乐彩下载的转录组显着增加,超过了癌症CD4 Te乐彩下载中的转录组。此外,癌症中CD8 Te乐彩下载的转录组反应使败血症或非败血性危重疾病中的转录反应相形见(( 图2A)。 CD8 Te乐彩下载中的几种e乐彩下载因子信号传导途径均被上调,包括IL-3和IL-5信号传导途径(图2A)。有趣的是,来自癌症患者的CD8 Te乐彩下载基因表达的这种增加与其在杀死肿瘤e乐彩下载中的重要e乐彩下载毒性作用有关。

局限性

当前的研究有很多局限性。败血症的表型免疫反应受多种因素影响,包括病原体的毒力和数量,宿主遗传学,潜在的患者合并症,感染部位和败血症持续时间。特别是如果脓毒症持续存在,脓毒症中的宿主反应会随时间变化。败血症最初的宿主反应的特征是早期的e乐彩下载因子风暴介导的强健的先天免疫反应,通常表现为发烧和休克。如果患者仍是败血症,则先天免疫反应会发展为更具免疫抑制性的表型。因此,取决于何时检查败血性免疫反应,可能导致不同的发现。当前研究的重点是确定败血症患者的免疫表型,其初始反应已经通过且持续时间更长。因此,目前的结果可能无法反映出脓毒症最初的24-48小时内发生的败血症的早期初始免疫反应。此外,由于从脓毒症患者抽取血液的时间较长,因此研究人群可能包括免疫状态差异较大的患者,从晚期过度炎症/早期免疫抑制(第2天)到持续的免疫抑制(无过度炎症成分)(天9及更高)。这可能会混淆结果的解释。第二个局限性是,由于翻译调节,观察到的RNA转录变化不一定会伴随相应蛋白质的可比变化。转录后调节对于e乐彩下载因子尤其如此。然而,令人欣慰的是,当前研究中通过RNA-seq检测到的HLA分子以及共刺激和共抑制受体/配体的转录变化与脓毒症患者文献中报道的伴随e乐彩下载蛋白的相应变化有关。 (32, 33)。最后,第三个局限性是以下事实:在研究人群中仅包括5名癌症患者,这一数字远低于败血症和CINS患者的数目。与脓毒症不同,脓毒症的病原体,受影响的器官和疾病的严重程度差异很大,而本研究的癌症患者包括的患者更为同质。所有患者均因单一疾病而患有癌症(即已转移至肝脏的结直肠癌),并且没有其他主要器官功能障碍。该研究的癌症领域的患者数量与其他研究相似,该研究报告了来自相似患者数量的数据(39, 40)。癌症队列中的患者没有异常值,并且癌症患者的转录组结果与脓毒症和CINS患者在统计学上高度不同,这一事实支持了这些患者的发现。

从当前的研究中可以得出许多结论和启示。表型向单核e乐彩下载中多个免疫反应途径下调的转变表明,作为脓毒症标志的免疫抑制不仅是由于Te乐彩下载功能缺陷,而且还归因于单核e乐彩下载介导的先天免疫缺陷。因此,败血症患者的宿主免疫力的恢复不仅可能受益于靶向Te乐彩下载的免疫辅助疗法,而且可能受益于单核e乐彩下载定向的基于免疫的疗法。这种针对单核e乐彩下载的疗法目前正在肿瘤患者中进行临床试验。脓毒症诱导的免疫抑制的潜在介导物在多个e乐彩下载中以高水平广泛表达,包括 精氨酸1 和 SOCS-1 和 SOCS-3. Arginase inhibitors, which have shown efficacy in animal models of sepsis 和 are currently in oncologic clinical trials, might have beneficial effects to restore sepsis-induced defects in both T cells 和 monocytes. Other potential therapeutic targets in sepsis include the negative costimulatory molecules 提格, 滞后3, CTLA-4, 和 PD-1/L1, which were highly upregulated in septic patients. There is extensive overlap in the changes in gene expression in patients with sepsis 和 cancer in CD4 T cells 和 monocytes but not in CD8 T cells. This overlap in gene expression includes numerous immunosuppressive pathways, indicating that immunoadjuvant therapies that are effective in one disorder may be efficacious in both. Thus, the advances that are taking place in cancer immunotherapy may have important implications for the therapeutic approach to sepsis.

披露事项

葛兰素史克(GlaxoSmithKline)的现任或前任员工(M.L.W.,Z.W.,D.J.F.,S.V.H.,K.R.,H.M.,J.B.,R.S。 W. G。 H.的实验室和R.C.F.从国家癌症研究所获得了这项研究的部分资金。 R. S.H.的实验室从葛兰素史克(GlaxoSmithKline)获得了这项研究的部分资金,并从美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)获得了额外的资金。其他作者没有财务利益冲突。

致谢

作者非常感谢Barnes-Jewish医院4400外科ICU的护士和工作人员。

脚注

  • 这项工作得到了美国国立卫生研究院(R.S.H.的GM 126928),美国国家癌症研究所(W.G.H.和R.C.F.的P50CA196510)和葛兰素史克(GlaxoSmithKline)的资助。

  • 本文提供的RNA测序数据已提交给Gene Expression Omnibus(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/),登录号为GSE133822。

  • 本文的在线版本包含 补充材料.

  • 本文中使用的缩写:

    ARG1
    精氨酸酶1
    CINS
    危重病无菌
    DEG
    差异表达基因
    罗斯福
    错误发现率
    HIF-1
    缺氧诱导因子1
    HIF-1α
    缺氧诱导因子1α
    重症监护病房
    重症监护室
    RNA序列
    RNA测序
    SOCS
    e乐彩下载因子信号转导的抑制剂。

  • 已收到 2019年5月17日。
  • 公认 2019年7月24日。
  • 美国免疫学家协会版权所有©2019。

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免疫学杂志
卷203, 第7期
2019年10月1日
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迈克尔·L 沃什伯恩, 张 王, 安德鲁·H 沃尔顿, 彼得 Goedegebuure, 戴维·J。 菲格罗亚, 斯蒂芬妮 范·霍恩, 朱丽叶 格罗斯曼, 卡佳 雷姆林格, 希瑟 马德森, 詹姆士 棕色, 鲁帕 斯里尼瓦桑, Amaya I. 狼 , 斯科特·B。 贝格, 维多利亚·N 义 , 威廉·G。 霍金斯, 瑞安·C。 领域, 理查德·S。 霍奇基斯
免疫学杂志 2019年10月1日, 203 (7) 1897-1908; DOI: 10.4049 / jimmunol.1900560

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