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COVID-19由SARS-COV-2引起。截至2022年3月22日,全球已感染超过4.68亿人,其中造成超过600万人死亡。在该疾病引起全球大流行后,世界卫生组织宣布其为国际关注的公共卫生紧急事件。COVID-19患者表现为发烧、干咳、疲劳、腹泻、结膜炎和肺炎等症状。一些患者还出现严重肺炎、急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome ARDS）或多器官衰竭。尽管全世界的科学家和临床医生已经做出了巨大的努力来生产疫苗和探索抗病毒药物,但在针对新冠病毒的特异性药物的开发和临床治疗方案的研究中并没有完美的解决方案。并且,目前COVID-19患者感染过程中免疫细胞亚群的变化依旧是研究热点。为了探究COVID-19患者免疫细胞亚群的变化及其调控机制,获得COVID-19针对性疗法的可能靶点,本研究通过单细胞测序的方法对COVID-19患者的肺泡灌洗液（Bronchoalveolar Lavage Fluid,BALF）进行了一系列相关分析。通过单细胞转录组测序技术获得来自COVID-19患者和健康人BALF样本的数据。BALF单细胞测序数据预处理后,进行聚类、免疫细胞分型和统计分析。然后,分离出T细胞并聚类,划分CD4+T细胞和CD8+T细胞,分析其数量变化。再分离出重点关注的CD8+T细胞并对其聚类,随后用不同工具包对CD8+T细胞进行免疫组库分析、细胞周期分析、拟时序分析、基因集富集分析和基因表达谱分析等一系列数据分析处理,并获得可视化结果。通过统计COVID-19患者BALF中各类型细胞的比例,发现中度COVID-19患者中出现明显的T细胞扩张,而与之相比,重症COVID-19患者的T细胞比例在一定程度上降低。在T细胞组成方面,相对于中度COVID-19患者,重症COVID-19患者CD4+T细胞占比增加,CD8+T细胞占比明显降低;通过对CD8+T细胞进行免疫组库分析后,本研究还发现重症患者T细胞克隆扩增减少。使用Monocle3对CD8+T细胞进行拟时间序列分析,发现随着拟时间变化,Cluster3和Cluster10处于分化的后期,尤其是Cluster10完全处于末期。使用re CAT对CD8+T细胞进行细胞周期的预测分析,我们发现,在重症COVID-19患者中大量CD8+T细胞处于G2/M期,显示其细胞周期在该时期被阻滞。其中,重症来源的Cluster10仅普遍高表达G2/M期特征基因,显示Cluster10发生细胞周期阻滞,且在G2/M期受到阻断。对线粒体复合物I、II、III、V和IV及增殖相关基因在CD8+T细胞中的表达进行分析,发现线粒体相关基因在Cluster3中高表达,在Cluster10中表达显著下调。而Cluster3和Cluster10两个细胞群均高表达增殖基因,且几乎都源于COVID-19重症患者。通过基因集富集分析,发现在top60的下调信号通路中,Cluster3没有与线粒体结构和功能相关的信号通路;而在Cluster10中,这些下调信号通路多与线粒体功能相关。这些严重下调的线粒体相关信号通路提示了Cluster10的线粒体功能严重受损。Cell Chat分析上皮细胞和CD8+T细胞的细胞间相互作用涉及的信号通路后,发现半乳糖凝集素信号路径在其中尤为突出。对LGALS的配体-受体相互作用进行分析,发现三种配体-受体相互作用突出显示上皮细胞对Cluster10的影响大于Cluster3,并且其中受体ITGB1和HAVCR2在Cluster10中高表达,但在Cluster3中几乎不表达。这些结果提示Cluster10受到LGALS调节更加显著,而这些配-受体的结合可能对CD8+T细胞功能产生负调节作用。Cell Chat分析CCL和CXCL信号通路在上皮细胞和CD8+T细胞的细胞间相互作用后,本课题观察到上皮细胞集群对CD8+T细胞Cluster3和Cluster10有着强趋化性。这提示Cluster3和Cluster10中的大多数CD8+T细胞可能通过上皮细胞的趋化作用迁移到肺中,而不是在肺部发生克隆增殖。本研究发现COVID-19重症患者体内CD8+T细胞占比显著降低,其中高表达增殖基因的Cluster3和Cluster10细胞群克隆扩增减少。通过对其进行拟时序和细胞周期分析发现重症患者CD8+T细胞周期出现明显阻滞,且位于分化末端的Cluster10为主要发生细胞周期阻滞的细胞群,Cluster 10于G2/M期阻滞。线粒体分析显示Cluster10的线粒体功能出现严重受损,提示Cluster 10的G2/M期阻滞可能源于其线粒体供能不足。通过分析重症患者上皮细胞和CD8+T细胞的相互作用,上皮细胞LGALS介导CD8+T细胞线粒体结构功能发生损伤,引起细胞周期阻滞。综上所诉,本研究提示:阻断LGALS有望解除重症患者CD8+T细胞周期阻滞,从而恢复CD8+T增殖能力以及细胞功能。本课题发现了COVID-19病毒感染性疾病进程中的免疫细胞异常变化,探索了COVID-19重症患者免疫功能受损的相关机制。本研究为COVID-19抑制剂的开发提供了新的靶点,为COVID-19防治策略的制定提供重要的理论基础。