Abstract Kawasaki disease (KD) is the most common cause of acquired heart disease in children in developed countries. Although diverse immune aberrance was reported, a global understanding of immune responses underlying acute KD was lacking. Based on single-cell sequencing, we profiled peripheral blood mononuclear cells from patients with acute KD before and after intravenous immunoglobulin therapy and from healthy controls. Most differentially expressed genes were derived from monocytes, with upregulation of immunoglobulin receptors, complement and receptors and downregulation of MHC class II receptors before therapy. The percentage of B cells was significantly increased before therapy and rapidly returned to normal after therapy. There was also an increased abundance of B-cell receptors with IGHA and IGHG after therapy, accompanied by massive oligoclonal expansion. The percentage of CD8 T cells was remarkably decreased during acute KD, especially the subset of effector memory CD8 T cells. All lymphocyte compartments were characterized by underexpressed interferon response pathways before therapy. The identification of unique innate and adaptive immune responses suggests potential mechanisms underlying pathogenesis and progression of KD.

Abstract Background Kawasaki disease (KD) is an acute systemic vasculitis that can lead to acquired heart disease in children mostly from in developed countries. The previous research showed that B cells in KD patients underwent a profound change in both the cell numbers and types after intravenous immunoglobulin (IVIG) therapy. Methods We performed the single-cell RNA-sequencing for the peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from three febrile patients and three KD patients to investigate the possible mechanism underlying B cell developmental dysfunction in KD. A previously published single-cell sequencing KD dataset (GSE168732) was also utilized in study for sample size expansion and validation. The comprehensive single-cell data analyses were applied for our dataset and GSE168732 dataset including single-cell trajectory analysis. To validate the immune disorders in KD, we measured immune-related indicators from 28 KD and 28 febrile patients. Result Overall single-cell expression profiles show that the biological processes of immunity, B cell activation pathway and their related biological entities are repressed in KD patients before IVIG treatment compared to febrile patient and KD patients after IVIG treatment. The differentially expressed gene analyses further demonstrate that B cell signaling pathway is downregulated in B cells and plasma blast cells of KD patients before treatment while cell cycle genes and MYC gene are upregulated in dendritic cells (DCs) and hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) of KD patients before treatment. The biological process of immune response is upregulated in the HSPCs of KD patients before treatment in our dataset while the biological process of inflammatory response is upregulated in the HSPCs of KD patients before treatment in GSE168732 dataset. Single-cell trajectory analyses demonstrate that KD patients before treatment have a shortened developmental path in which B cells and T cells are failed to differentiate into separate lineages. HSPD1 and HSPE1 genes show an elevated expression level in the early cell development stage of KD patients before treatment accompanied with the repression of MYC, SPI1, MT2A and UBE2C genes. Our analyses of all B cells from KD patients before treatment show most of B cells are arrested in a transitional state with an ill developmental path compared with febrile patients and KD patients after treatment. The percentage and absolute value of CD8 T cells in KD were lower than those in febrile patients. The ratio of CD4/CD8 in KD was higher than it in febrile patients. The serum levels of IgG and IgM in KD were lower than those in febrile patients. Conclusions Our results indicate that the immune premature HSPCs accompanied with the abnormal expression dynamics of cell cycle and SPI1 genes are the mechanism underlying B cell developmental dysfunction in KD patients. Funding This work is jointly supported by National Natural Science Foundation of China (82170518) and the Shanghai Science and Technology Committee research Funding (22Y11909700) and Shanghai Jinshan District medical key specialty Funding (JSZK2023A04).

Camelids are capable of producing both conventional tetrameric antibodies (Abs) and dimeric heavy-chain antibodies (HCAbs). While B cells generating these two types of Abs exhibit distinct B-cell receptors (BCRs), it remains unclear whether these two B cell populations differ in their phenotypes and developmental processes. Here, we collected eight PBMC samples before and after immunization from four Bactrian camels and conducted single-cell 59 RNA sequencing. We characterized the functional subtypes and differentiation trajectories of circulating B cells in camels, including native B cells, memory B cells, intermediate B cells, atypical B cells, and plasma cells. Additionally, we reconstructed single-cell BCR sequences and revealed the IGHV and IGHC gene types. We found that B cells expressing variable genes of HACbs (VHH) were widely present in various functional subtypes and showed highly overlapping differentiation trajectories to B cells expressing variable genes of conventional Abs (VH). After immunization, the transcriptional changes in VHH+ and VH+ B cells were also largely consistent. Our study elucidates the cellular context of HCAb production in camels, and lays the foundation for the development of single B cell-based nanobody screening.