Mol Cell | 300多種T細(xì)胞圖譜有助于對T細(xì)胞免疫機(jī)制的研究

文章通過對12項(xiàng)研究的300多種癌癥和感染CD8 T細(xì)胞研究中轉(zhuǎn)座酶可及的染色質(zhì)測序和RNA測序?qū)嶒?yàn)進(jìn)行統(tǒng)一分析，確定了CD8 T細(xì)胞功能障礙的共同分化軌跡以及其潛在的轉(zhuǎn)錄驅(qū)動(dòng)因子，揭示了跨模型的功能性和功能失調(diào)性T細(xì)胞狀態(tài)的普遍早期分叉。

在腫瘤和慢性感染的晚期功能障礙進(jìn)展過程中，染色質(zhì)可及性的變化是一個(gè)普遍的特征，這意味著在所有慢性抗原暴露的環(huán)境中，染色質(zhì)可及性都有早期的功能障礙。在功能障礙發(fā)展的早期時(shí)間點(diǎn)觀察到的染色質(zhì)狀態(tài)與在感染和腫瘤模型的晚期時(shí)間點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的功能障礙前體細(xì)胞相似。

2021年4月22日，美國斯隆凱特琳研究所和路德維希癌癥中心研究團(tuán)隊(duì)Yuri Pritykin等人在《Cell Press》子刊《Molecular Cell》上發(fā)表了一篇“A unified atlas of CD8 T cell dysfunctional?states in cancer and infection”的文章。

文中提出了一個(gè)普遍的早期分化和功能失調(diào)的T細(xì)胞狀態(tài)跨模型，通過對癌癥和感染中CD8 T細(xì)胞的12項(xiàng)研究的300多項(xiàng)轉(zhuǎn)座酶可達(dá)染色質(zhì)測序(ATAC-seq)和RNA測序(RNA seq)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)一分析，作者定義了功能障礙的共同分化軌跡及其潛在的轉(zhuǎn)錄驅(qū)動(dòng)因素，并揭示了跨模型的功能性和功能障礙T細(xì)胞狀態(tài)的普遍早期分叉。利用單細(xì)胞ATAC (scATAC)-seq和等位基因特異性單細(xì)胞RNA (scRNA)-seq對急性和慢性病毒感染進(jìn)行實(shí)驗(yàn)解剖，確定了狀態(tài)-特異性驅(qū)動(dòng)因子，并在早期分支點(diǎn)捕獲了類似的TCF1+類似祖細(xì)胞群的出現(xiàn)，在該分支點(diǎn)，功能和功能障礙T細(xì)胞出現(xiàn)分化，CD8 T細(xì)胞狀態(tài)圖譜將有助于對T細(xì)胞免疫機(jī)制的研究。

幼稚T淋巴細(xì)胞在胸腺完成分化后進(jìn)入外圍，通過次級淋巴器官再循環(huán)，在共刺激分子存在的情況下遇到同源抗原時(shí)，被激活、擴(kuò)增并分化為效應(yīng)細(xì)胞或記憶T細(xì)胞。這些細(xì)胞然后停留在淋巴器官和非淋巴器官中，發(fā)揮其免疫功能。相反，慢性或不理想的抗原刺激（例如，在沒有協(xié)同刺激的情況下）可能會導(dǎo)致低反應(yīng)能力或無力的狀態(tài)。

CD8 T細(xì)胞的功能對于抵御病毒和細(xì)菌感染以及腫瘤免疫至關(guān)重要，在急性和慢性病毒感染、癌癥、移植和“自我”耐受中CD8 T細(xì)胞的表型和功能分析提供了關(guān)于激活效應(yīng)細(xì)胞、記憶細(xì)胞及其前體的描述，以及一系列功能紊亂的CD8 T細(xì)胞，均被稱為無力、耗盡、可逆或不可逆功能失調(diào)。有一部分耗盡/功能失調(diào)的細(xì)胞，稱為“干細(xì)胞樣”或祖細(xì)胞，具有自我更新能力，這進(jìn)一步增加了CD8 T細(xì)胞激活和分化的復(fù)雜性。

然而，在不同的實(shí)驗(yàn)和臨床環(huán)境中，全基因組分析揭示了CD8 T細(xì)胞狀態(tài)的顯著異質(zhì)性，這為區(qū)分分化功能障礙和潛在調(diào)控機(jī)制的共同特征和背景特異性特征提出了一個(gè)主要問題。如何在慢性抗原暴露的后期導(dǎo)致兩種不同的狀態(tài)：自我更新功能失調(diào)的祖細(xì)胞和終末功能失調(diào)的細(xì)胞？在腫瘤和慢性感染的晚期功能障礙進(jìn)展過程中，染色質(zhì)可及性的變化是一個(gè)普遍的特征，在功能障礙發(fā)展的早期時(shí)間點(diǎn)觀察到的染色質(zhì)狀態(tài)與在感染和腫瘤模型的晚期時(shí)間點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的功能障礙前體細(xì)胞相似。

在腫瘤和慢性感染的晚期功能障礙進(jìn)展過程中，染色質(zhì)可及性的變化是一個(gè)普遍的特征，在功能障礙發(fā)展的早期時(shí)間點(diǎn)觀察到的染色質(zhì)狀態(tài)與在感染和腫瘤模型的晚期時(shí)間點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的功能障礙前體細(xì)胞相似。整體的T細(xì)胞狀態(tài)分析表明，在癌癥和慢性感染模型中，功能T細(xì)胞激活狀態(tài)和功能失調(diào)性T細(xì)胞激活狀態(tài)普遍存在早期分岔。

T細(xì)胞對慢性抗原暴露反應(yīng)的不同研究中的大量ATAC-seq和RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一分析，確定了一個(gè)進(jìn)展為終末期功能障礙的通用方案。通過對來自眾多資源的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，可靠地識別單個(gè)染色質(zhì)可及位點(diǎn)、可及性模式和跨實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统Ｒ姷谋磉_(dá)變化，以及其結(jié)合基元解釋T細(xì)胞分化中不同染色質(zhì)狀態(tài)的整體可及性模式的tf。

單細(xì)胞分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)在慢性和急性感染后第7天就出現(xiàn)了TCF1+祖細(xì)胞樣細(xì)胞群。在scac -seq和scRNA-seq數(shù)據(jù)中，這一群體在兩種感染環(huán)境中形成了共享集群，與最近對已分類群體的分析相比，在所有被測細(xì)胞中顯示出最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄和表觀基因組相似性。因此，在這兩種情況下，我們發(fā)現(xiàn)相同的基因在該群體的多個(gè)啟動(dòng)子和增強(qiáng)子峰上具有豐富的表達(dá)和染色質(zhì)可及性，包括Tcf7、Xcl1、Cxcl10、Ccr7、Slamf6、Id3和Cxcr5，以及Tox和Ikzf2，這些基因以前曾與末端功能障礙T細(xì)胞相關(guān)。多證據(jù)表明，幾個(gè)TFs與祖細(xì)胞和祖細(xì)胞樣群體密切相關(guān)(圖2B、2C)，包括先前描述的TCF1和新發(fā)現(xiàn)的OCT2(由Pou2f2編碼)。

然而，盡管差異可及性分析和motif回歸模型得到了相對較小的細(xì)胞數(shù)量分析的支持，但在這一祖樣亞群中，發(fā)現(xiàn)了慢性和急性樣本細(xì)胞之間的細(xì)微差異，急性感染細(xì)胞可能代表IL7Rhi MPEC亞群，而慢性感染細(xì)胞形成新生的祖細(xì)胞庫(圖3G)。這些發(fā)現(xiàn)可能提示了早期祖細(xì)胞和MPEC群體在染色質(zhì)狀態(tài)和基因表達(dá)水平上的差異。

通過過繼細(xì)胞轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)和scRNA-seq譜分析，并將這些數(shù)據(jù)繪制到CD8 T細(xì)胞應(yīng)答的綜合scRNA-seq圖譜上，證實(shí)了從已建立的慢性病毒感染中分離出來的前體細(xì)胞會發(fā)生功能障礙。雖然轉(zhuǎn)移的祖細(xì)胞可以在急性免疫挑戰(zhàn)下在新宿主中增殖，但它們顯示了慢性免疫應(yīng)答的單細(xì)胞表型。這些結(jié)果與早期的過繼T細(xì)胞轉(zhuǎn)移研究一致，這些研究表明，在d15后原相遇時(shí)，對慢性LCMV感染應(yīng)答的T細(xì)胞在急性LCMV挑戰(zhàn)下失去了形成功能記憶的能力。并有類似的實(shí)驗(yàn)記錄了腫瘤特異性T細(xì)胞在自體肝癌模型中可塑性的喪失。然而，這些早期的研究也證實(shí)了在慢性抗原刺激的早期時(shí)間點(diǎn)，抗原特異性T細(xì)胞保留了產(chǎn)生功能性反應(yīng)和形成記憶細(xì)胞的潛力。對T細(xì)胞在慢性免疫挑戰(zhàn)下的單細(xì)胞分析表明，這種短暫的可塑性存在于早期祖樣群體中，與最近的表型研究一致。

總之，數(shù)據(jù)集的分析為解決T細(xì)胞分化程序的基本問題奠定了基礎(chǔ)。希望T細(xì)胞圖譜將為基礎(chǔ)T細(xì)胞生物學(xué)家和癌癥免疫學(xué)家提供一個(gè)有價(jià)值的資源，以治療靶向轉(zhuǎn)錄程序?qū)е碌墓潭üδ苷系K。