原文题目：Defective activation and regulation of type I interferon immunity is associated with increasing COVID-19 severity
通讯作者：Darragh Duffy
隶属单位：法国巴黎城市大学巴斯德研究所转化免疫学部门
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34895-1
I型干扰素（IFN-I）是先天抗病毒免疫活性的关键组成部分，因此是病毒干扰策略的靶标。研究人员之前曾报道过重症COVID-19患者的IFN-I反应受损，在临床恶化之前。这些观察结果得到了COVID人类遗传学研究的进一步支持，该研究确定了控制Toll样受体（TLR）3依赖性和干扰素调节因子（IRF）7依赖性IFN-I免疫的位点突变，或针对 IFNα、IFNω 或 IFNβ 的自身抗体，作为发生重症COVID相关性肺炎的主要危险因素。其他遗传学研究已确定TLR7途径对宿主对SARS-CoV-2感染的免疫力也至关重要。尽管在SARS-CoV-2感染的早期免疫力中发挥了关键作用，但使用外源性IFN-I作为COVID-19的治疗方法没有改善临床结局。然而，在这些研究中，IFN-I是在病程晚期给予的，患者没有分层。二分类IFN-I活性可能反映了COVID-19发病机制中IFN-I反应的两步性质，第一步的特征是通过先天抗病毒免疫抑制病毒所需的高IFN-I活性。如果步骤 1 无效，由于上述原因，并且病毒未清除，则会发生病毒播散、过度炎症和适应性免疫受损，随后在相当大比例的患者中出现肺炎和死亡。
图1：血浆IFNα随着Covid-19严重程度的增加而持续降低。
尽管IFN-I在针对SARS-CoV-2感染的早期先天免疫中具有明显的重要性，但先前的研究报告了IFN水平的增加和干扰素刺激基因 （ISG作为死亡率的生物标志物。报告IFN-I确切作用方面的这些差异可能是由于疾病动力学的差异、患者群体，报告IFN蛋白数据与ISG表达、多个 IFN-I 亚型，研究的解剖部位甚至所采用检测的技术差异.事实上，众所周知，IFNα蛋白的测量具有挑战性，导致使用ISG作为IFN信号传导的代理读数。研究人员之前开发了一种数字 ELISA，可以超灵敏地检测所有 IFNα 亚型，或特别是 IFNα2 亚型。值得注意的是，在来自具有临床已知IFN驱动病理学的多个自身免疫队列的血液样本中，IFNα蛋白水平低于常规ELISA / Luminex测定的检测限，但可以使用研究人员的方法进行量化。这突出了在直接从患者样本中研究I型IFN时采用足够灵敏和合格的免疫测定的重要性。此外，虽然血浆IFN水平可能在患者采样时反映体内抗病毒活性，但它并不一定告知患者细胞对病毒遭遇做出反应的能力。这需要使用具有标准化方法的功能性免疫测定，以最大程度地减少技术变异性，在异质性患者群体中尤其重要。
图2：在住院患者中，血浆IFNα持续降低，与中和自身抗体无关。
为了更好地阐明如何使用不同的IFN-I措施来了解COVID-19的发病机制，研究人员将不同国家和临床中心的中度COVID-19病例与因重症住院的患者进行了比较。对于基线反应，研究人员通过高灵敏度的测定来表征IFNα蛋白，特异性识别IFNα2或所有13种α亚型，以及IFN功能，ISG和中和IFN-I的自身抗体。在这些患者的一个亚组中，研究人员用相关的病毒激动剂刺激全血，以进一步评估其免疫系统对外部扰动做出反应的功能能力。研究人员强调了使用足够灵敏和合格的检测来测量IFN-I蛋白的重要性，并报告了在所有住院COVID-19患者中一致的有缺陷的IFN-I诱导。对这些刺激做出反应的IFN-I诱导缺陷不是由于自身抗体可能掩盖了蛋白质，除了一名患者。研究人员还证明，离体IFN-I刺激住院患者的血液会诱发非规范的炎症反应，这也许可以解释先前报道的基于IFN-I的治疗的不良临床结果。研究人员的研究强调了这种关键的抗病毒免疫反应在宿主保护SARS-CoV-2感染方面的重要性，支持早期更有针对性的治疗干预策略，并强调了在人类队列研究中使用一致的技术方法来调查IFN-Is的重要性。
图3：IFN-I反应的诱导在住院患者中受到干扰。
I型干扰素通过激活数百个基因介导主要的先天抗病毒免疫活性。然而，由于其多种功能的复杂调节，以及它们被许多病毒抑制，IFN-I在疾病发病机制中的确切作用和影响并不总是显而易见的。在COVID-19中，将早期IFN-I的负面影响确定为重症的强危险因素，证明了IFN-I的保护重要性。这些包括针对IFNα、IFNω和IFNβ的中和自身抗体，以及IFN介导的途径（包括TLR3）中的先天性免疫缺陷和 TLR7。支持IFN-I在COVID-19中的保护作用的其他遗传证据也来自全基因组关联研究。这些确定了重度 COVID-19 与 IFNAR2（IFN 受体亚基）、编码酪氨酸激酶 2 （TYK2） 的基因附近（与 IFNAR 的血浆结构域相关）以及编码抗病毒限制性内切酶激活剂（OAS1、OAS2、OAS3）（由 IFN-I 诱导）的基因簇之间的全基因组关联。孟德尔随机化强调了ISG在病毒反应中的复杂作用，以及仔细解释的必要性，表明危及生命的疾病与IFNAR2的低表达之间存在联系，但TYK2的高表达。然而，尽管这些关联具有全基因组意义，但效应大小相对较小（OR 1.3-1.6）。尽管这些集体研究强调了IFN-I免疫在决定COVID-19结果方面的重要性，但累积起来，它们不能解释在严重COVID-19中观察到的大部分有缺陷的IFN-I反应。此外，IFNβ升高最近与长期COVID-19有关，强调需要更好地了解感染SARS-CoV-2期间IFN-I的调节。
图4：COVID-19患者的细胞内IFN-I反应紊乱。
研究人员的研究通过两个主要发现进一步了解了为什么 IFN-I 反应在严重 COVID-19 中存在缺陷：首先，研究人员发现，在危重疾病中循环 pDC 数量减少和单核细胞失调的组合是 IFNα 分泌无效的主要原因，其次，IFN-I 刺激来自严重 COVID-19 患者的白细胞会促进在中度患者中未观察到的炎症反应。
毫无疑问，关于系统性IFN在COVID中的作用的一些早期混淆是由于用于直接测量细胞因子的不同测定。一项荟萃分析比较了 15 项使用 ELISA、单分子阵列 （Simoa） 数字 ELISA、Luminex、电化学发光、流式细胞术微球免疫测定和微流体免疫测定荧光检测技术的研究，结果显示不同疾病严重程度之间的血浆水平没有显著差异。然而，研究人员在这里介绍的结果强调了使用足够灵敏的测定法测量IFNα蛋白的重要性，因为生理浓度通常低于pg/mL水平。当将此类检测应用于 COVID-19 患者样本时，观察到更一致的结果，重症患者总体上表现出较低的循环 IFNα 水平。然而，研究人员在具有合并症和年龄较大的异质性患者群体中的研究结果显示，IFNα水平范围更大，突出了跨研究比较和转化为可能的临床应用的挑战。13 种 IFNα 亚型的存在也会导致混淆，许多测定方法未报告测量的亚型。最近的一项体外研究报告了不同 IFNα 亚型之间不同的抗 SARS-CoV-2 功能活性，在这里研究人员观察到中度和重度疾病之间 IFNα2 蛋白血浆水平的差异，但没有总亚型水平的差异。需要新的实验工具来充分了解所有IFNα亚型在COVID-19患者中的不同作用，鉴于他们先前报道的进化选择，可能与其他病毒感染有关。
图5：中度和住院Covid-19患者的诱导基因表达差异。
随机安慰剂对照治疗研究的不良结果进一步加深了对IFN-I在COVID-19中的重要性的看法分歧。在这些单独给予IFNα或IFNβ或与抗病毒药物联合使用的研究中，没有观察到临床益处。然而，这些研究的一个主要警告是，当患者不太可能从进一步的抗病毒信号传导中受益时，治疗开始较晚。此外，在感染的这个阶段，IFN-I甚至可能抑制适应性免疫，进一步损害任何明显的临床益处。研究人员的研究结果支持了这一点，其中ISG表达升高的COVID-19患者对离体IFN刺激没有反应，特别是住院患者表现出炎症基因表达模式，IFN-I没有下调。该假设的直接测试可以通过临床研究提供，在症状出现之前测试早期干预或针对具有已知危险因素的患者，或治疗前IFN-I水平的回顾性检测。随着 COVID-19 严重程度的增加，IFN-I 反应中的多种扰动反映了研究人员惊人的观察结果，即重症患者在用不同的病毒激动剂刺激后未能分泌 IFN-I 蛋白。这支持了先前的结果，显示 COVID-19 患者的 pDC 和单核细胞对 TLR 刺激的反应能力降低。IFNβ的分泌比IFNα更令人震惊，鉴于其在患者血浆中的低水平，这是令人惊讶的。然而，将这种IFN亚型与COVID-19联系起来的研究数量相对较少，这表明在准确检测和量化血液中的这种干扰素方面存在挑战，并且可能反映出其在感染组织中的重要性更大。
图6：住院患者对IFNα的下游信号响应受到干扰。
为什么如此广泛的IFN蛋白反应在COVID-19患者中被削弱仍然无法解释，除了中和自身抗体的影响之外和IFN-I免疫的先天性缺陷。低于当前检测检测限的较低浓度的自身抗体可能在某些患者中具有临床相关性，但研究人员的细胞内细胞因子数据表明情况并非如此。虽然SARS-CoV-2病毒已被证明会干扰宿主免疫的许多方面，研究人员研究了血液免疫细胞反应，其中病毒的存在无法通过液滴数字PCR检测到。因此，这种表型不太可能直接归因于病毒干扰。虽然pDC的数量随着严重程度的增加而减少，但它们仍然能够产生细胞内测量的IFNα，与以前的体外研究一致。相比之下，循环中严重程度增加的单核细胞似乎在稳定状态下在细胞内表达IFNα，但在TLR刺激后没有增加产生或分泌。需要对来自重症 COVID-19 患者的分离细胞中的细胞内通路进行进一步的功能分析，以充分了解这种表型，这可能为新的治疗策略提供靶点。
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