器官特异性微环境驱动急性移植物抗宿主病中T细胞的分化

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移植物抗宿主病 T细胞分化 器官微环境 免疫病理学 单细胞RNA测序

急性移植物抗宿主病（AGVHD）中器官特异性T细胞分化的研究

学术背景

急性移植物抗宿主病（Acute Graft-versus-Host Disease, AGVHD）是异基因造血干细胞移植（Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation, HCT）后常见的严重并发症，由供体T细胞对宿主组织的免疫攻击引起。尽管AGVHD的病理机制已有所研究，但T细胞在特定器官中的分化机制仍不明确。T细胞在不同器官中的特异性反应可能受到局部微环境的调控，但这种调控的具体机制尚未被完全阐明。AGVHD影响多个器官，包括胃肠道、皮肤、肝脏和肺部，但不同器官的病理特征和免疫反应存在显著差异。了解这些差异有助于开发针对特定器官的治疗策略。

为了探究这一问题，研究团队利用非人灵长类动物（Nonhuman Primate, NHP）模型，通过多参数流式细胞术、群体转录组分析、单细胞RNA测序（Single-Cell RNA Sequencing, scRNA-seq）和T细胞受体测序（T Cell Receptor Sequencing, TCR-seq）等多种系统免疫学方法，深入研究了AGVHD中T细胞在肝脏和肺部中的差异性分化。

论文来源

该研究由Kayleigh Ingersoll Omdahl、Rene S. Bermea、Victor Tkachev和Leslie S. Kean等研究人员合作完成，研究团队来自波士顿儿童医院、哈佛医学院、麻省总医院等多个知名机构。论文于2025年1月29日发表在《Science Translational Medicine》期刊上，标题为“Organ-specific microenvironments drive divergent T cell evolution in acute graft-versus-host disease”。

研究流程

1. 研究模型与样本

研究使用rhesus macaque（猕猴）作为AGVHD模型，移植后7-8天进行分析。研究分为三组：AGVHD组（异基因HCT，n=12）、自体HCT对照组（auto-HCT，n=4）和健康对照组（Healthy Controls, HCs, n=26）。通过组织病理学分析，评估肝脏和肺部的炎症程度。

2. 流式细胞术分析

研究人员使用多参数流式细胞术分析了AGVHD组、auto-HCT组和HCs组中T细胞的表型特征。重点观察了CD8+和CD4+ T细胞的记忆表型、组织驻留标志物（如CD69和CD103）、增殖标志物（Ki67）以及细胞毒性标志物（Granzyme B）。此外，使用FlowSOM算法对T细胞进行了无监督聚类分析，以识别不同器官中T细胞的表型差异。

3. 转录组分析

研究人员利用NHP特异性基因芯片对AGVHD组、auto-HCT组和HCs组中CD3+ T细胞进行了转录组分析。通过UMAP降维和层次聚类，评估了不同器官和组别之间的基因表达差异。进一步比较了肝脏和肺部T细胞的特异性基因表达通路，发现肺部T细胞与细胞外基质重塑和趋化作用相关，而肝脏T细胞则与核酸代谢和增殖相关。

4. 单细胞RNA测序与TCR测序

为了更深入地研究T细胞的分化过程，研究人员从AGVHD动物的肝脏和肺部分离了CD45+CD3+ T细胞，进行了单细胞RNA测序和TCR测序。利用Python scVI包对数据进行了批次校正，并通过Monocle3软件进行了伪时间分析，以追踪T细胞的分化轨迹。研究发现，随着克隆扩增程度的增加，肺部T细胞逐渐富集CX3CR1+ CD8+效应T细胞，而肝脏T细胞则富集Eomes+ CD8+效应记忆T细胞。

5. 共享克隆型分析

研究人员还分析了在肝脏和肺部中均存在的TCR克隆型（Shared Clonotypes, SCs），发现即使共享相同的TCR，T细胞在肝脏和肺部中的转录组也存在显著差异。这表明T细胞的分化依赖于局部微环境的信号，而非抗原特异性。

研究结果

  1. 组织病理学分析：AGVHD组的肝脏和肺部均显示出显著的炎症反应，肝脏表现为门静脉周围炎症，肺部则表现为血管周围炎症和间质性肺炎。

  2. 流式细胞术分析：AGVHD组的肝脏和肺部均被CD8+效应记忆T细胞（TEM）和CD4+中央记忆T细胞（TCM）浸润，且这些细胞高度表达增殖标志物Ki67和细胞毒性标志物Granzyme B。

  3. 转录组分析：肺部T细胞显著上调了与趋化作用和细胞外基质重塑相关的基因，而肝脏T细胞则上调了与核酸代谢和增殖相关的基因。这些结果表明，T细胞在特定器官中的分化受到局部微环境的调控。

  4. 单细胞RNA测序与TCR测序：随着克隆扩增程度的增加，肺部T细胞逐渐分化为CX3CR1+ CD8+效应T细胞，而肝脏T细胞则分化为Eomes+ CD8+效应记忆T细胞。即使共享相同的TCR，T细胞在肝脏和肺部中的转录组也存在显著差异。

研究结论

该研究揭示了AGVHD中T细胞在特定器官中的分化机制，强调了局部微环境对T细胞转录组编程的重要影响。研究发现，T细胞在肝脏和肺部中的分化和功能状态受到器官特异性信号的影响，且这种分化与克隆扩增密切相关。这一发现为开发针对特定器官的免疫治疗提供了新的思路，尤其为肺部和肝脏AGVHD的靶向治疗奠定了基础。

研究亮点

  1. 器官特异性T细胞分化：首次在AGVHD模型中揭示了T细胞在肝脏和肺部中的差异性分化机制。
  2. 单细胞技术应用：通过单细胞RNA测序和TCR测序，深入研究了T细胞的克隆扩增和分化轨迹。
  3. 临床意义：研究结果为开发针对特定器官的免疫治疗提供了新的靶点和策略，尤其为肺部和肝脏AGVHD的治疗带来了希望。

其他有价值的信息

研究还发现，肺部和肝脏T细胞的分化与克隆扩增密切相关，提示抑制T细胞的扩张可能是控制器官特异性免疫反应的关键。此外，研究发现肺部和肝脏T细胞分别富集了不同的趋化因子和代谢通路，这为开发器官特异性的免疫调节药物提供了潜在靶点。