Nature：COVID-19患者结局谁说了算？高危人群是“命运的弃儿”？
导语：利用下一代测序工具，科学家们正在探索SARS-CoV-2如何与免疫系统相互作用，以更好地了解疾病，识别高危人群，并将其影响降到最低。
SARS-CoV-2于2019年底首次在中国出现，此后在全球迅速蔓延。随着全世界争先恐后地了解它引起的疾病COVID-19，这种新型病毒仍在继续感染和致死。
“这是一场毁灭性的大流行，”英国爱丁堡大学危重病护理医学学术顾问肯尼斯•贝利（Kenneth Baillie）说，“我们唯一的出路是：要么找到治疗方法，要么找到预防方法，比如疫苗。”
世界各地的研究人员正在填补这种新型冠状病毒的知识空白。他们最大的困惑之一是：为什么对该病毒感染的反应因人而异？
科学家们正在使用强大的基因组学技术探索这一问题，以及其他一些围绕宿主免疫反应的问题。他们的发现将有助于指导临床试验、疫苗开发和高危人群治疗方法的选择。
宿主反应的巨大差别
大多数出现COVID-19症状的人只会有轻度到中度的疾病。然而，相当一部分人会发展到危重。约15%的患者会发展为严重肺炎，约5%的患者最终会发展为急性呼吸窘迫综合征、败血症性休克和/或多器官衰竭。但40%到80%的感染者根本没有症状。新出现的证据表明，这些无症状患者对病毒的免疫反应较弱。
这些对感染反应的差异似乎与病毒遗传学的变异无关。意大利锡耶纳大学医学遗传学部主任亚历山德拉·雷尼耶里（ Alessandra Renieri）说：“目前流行的病毒似乎相对稳定。”“因此，宿主方面肯定有原因可以帮助解释这种疾病易感性和预后的巨大差异。”
到目前为止，研究已经确定了老年和贫困、男性、黑人或南亚人种以及先前存在的疾病（如肥胖、严重哮喘或糖尿病）是COVID-19的死亡危险因素。此外，虽然社会和临床因素会导致一些反应的差别，基因变异也可能在其中起到作用。
“识别COVID-19发展相关的关键基因变异将在几个不同的方面帮助我们。”Renieri说，“这将有助于提高我们对该病生物学的了解，选择药物再进行利用，并了解哪些人风险最大。”
寻找遗传变异
检查对COVID-19有严重反应的患者的基因组将有助于识别关键的免疫相关变体。然而，无症状人群，作为比较的理想对照组，却极难找到。在测试得到改善之前，研究人员转而使用已经从普通人群中获得的遗传数据集。
COVID-19宿主遗传学倡议（COVID-19HG）是一个全球科学家联盟，研究宿主基因组与SARS-CoV-2感染之间的关系。该倡议目前包括100多项研究，其中许多研究将生物库数据与健康系统联系起来。
由于情况紧急，许多小组已经开始前瞻性收集，直接接收严重的SARS-CoV-2感染患者。基因组学的研究已经在招募新出现的重症患者，其目标是招收20000名COVID-19患者。
考虑到在重症监护室中工作的挑战，这项研究使招募工作变得尽可能简单，只需要获得同意、一份单一的血液DNA样本和一份简短的在线表格来获取关键的临床信息。该小组已经收集了大约3600个样本，并开始了基于阵列的基因分型。
意大利的一个研究小组也采用了类似的前瞻性研究方法，目的是从COVID-19的临床谱中招募2000名患者。除了整个外显子组测序外，意大利团队还将与芬兰的一个小组合作进行全基因组关联研究（GWAS）。
这些研究已经表明了一些有趣的关联。第一篇同行评审的COVID-19 GWAS论文在ABO血型系统和第3号染色体上的一组基因中发现了变异，这些变异在呼吸衰竭患者中更常见。
免疫基因组学
许多研究人员正在使用全基因组的方法来寻找易感性变体，另外一些研究人员则在研究人类白细胞抗原（HLA）系统。这组分子由主要组织相容性复合体（MHC）编码，在免疫反应的形成中起着至关重要的作用。
日本京都大学基因组医学中心主任松田富美解释说：“这个基因组区域的变异与其他几种自身免疫疾病和传染病有关。”“因此，某些HLA等位基因有可能导致个体对COVID-19的易感性。”
MHC区域是人类基因组中变异性最大的区域之一，已知等位基因超过10000个。由于其全球分布模式与具有共同祖先的特定人群相对应，松田的团队希望建立国际合作关系，以获取来自不同地理群体的DNA样本。
该团队之前已经建立了一个高通量的工作流程，能够准确地对HLA等位基因进行基因分型，包括多重远程PCR扩增，然后使用Illumina MiSeq平台进行下一代测序。
松田说：“对大约2000例病例和对照组的分析足以确定HLA等位基因频率的差异。”“如果在这个数量下得不出任何结果，那么我们应该得出HLA与疾病无关的结论。”
这些人类白细胞抗原相关研究的结果将被电子分析补足，以预测具有某些HLA等位基因的人是否特别容易感染COVID-19。
单细胞基因组学
大规模人群研究的另一种选择是单细胞技术，用以帮助解决有关宿主免疫反应的其他重要问题。
新南威尔士大学（UNSW）医学科学学院和澳大利亚悉尼柯比研究所的法比奥·卢西亚尼说：“我们仍然不知道免疫反应是如何增强的，是否是持续的，更重要的是，如果你再次感染病毒，它是否能重新激活。”“这是对COVID-19的下一代研究，因为它为开发保护性疫苗奠定基础。”
作为一项名为COSiN的更大研究的一部分，卢西亚尼的团队旨在从COVID-19的康复患者血液中分离出识别SARS-CoV-2的免疫细胞。他们特别关注识别并清除感染细胞的T细胞和产生抗病毒颗粒抗体的B细胞。
卢西亚尼说：“我们需要更多地了解病毒特异性T细胞和B细胞——它们对病毒的反应，它们的多样性，是否每个人都有不同的反应——以及这些差异是否会影响疫苗的效力。”
他们的实验方法包括选择最有可能引起免疫反应的病毒抗原，并用这些抗原作为诱饵来引诱稀有的抗原特异性T细胞。
“我们正试图大海捞针，”卢西亚尼说，“一个接触过这种病毒的人，血液中会有大量的T细胞和B细胞，但只有极少数是SARS-CoV-2特异性的。”
卢西亚尼解释说：“我们可以从单个SARS-CoV-2特异性免疫细胞中获取数据集，并使用生物信息学工具将其转化为具有生物学意义的信息。”“我们希望能分离出记忆性T细胞和B细胞，并最终确定这些细胞是否能提供长期的抗感染保护。”
突破发现的界限
全球的科学家正在重新部署他们的技术和资源来研究COVID-19。世界期待着他们找到预防或治疗这种感染的方法。
贝利说：“实现这一目标的第一步是了解疾病的生物学特性，而这正是基因组学可以帮助我们做到的。”“我们现在肩负着巨大的责任，来提供能够产生影响的分析。”
在当今先进的测序和阵列技术的帮助下，研究人员正在生成大量的数据，并在相对较短的时间内发现了大量有关这种新型病毒的前所未有的知识。
卢西亚尼说：“COVID-19已经产生了和过去十年里其他病毒（如HIV）一样多的数据。”“科学是超级令人兴奋的，但同时也具有挑战性。”
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