通过外周克隆删除靶向消耗PD-1表达细胞诱导实现免疫耐受
通过外周克隆删除靶向消耗PD-1表达细胞诱导实现免疫耐受
背景介绍
建立T细胞受体（TCR）库的胸腺负选择是实现自耐受和器官移植后获得性耐受的关键过程。然而，尚不清楚外周克隆性删除的具体机制是否能够诱导移植耐受。本研究旨在探索通过靶向程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）表达的细胞来诱导免疫耐受的可行性与机制。PD-1是一个在T细胞激活和衰竭过程中表现突出的表面受体，其对于慢性感染和肿瘤免疫逃逸有显著的贡献。
在器官移植后，PD-1被认为是反应性T细胞的一个表面标志物，且与同种抗原遭遇后的克隆性扩展有关。本研究旨在通过自备和抗体手段删除PD-1阳性细胞，重新塑造TCR库，并探索其是否能促进小鼠移植模型中的免疫耐受。
来源与作者信息
本文由Jikai Cui、Heng Xu、Jizhang Yu、Shuan Ran、Xi Zhang、Yuan Li、Zhang Chen、Yuqing Niu、Song Wang、Weicong Ye、Wenhao Chen、Jie Wu、Jiahong Xia等人共同撰写，来自华中科技大学同济医学院附属同济医院心血管外科和器官移植实验室、Houston Methodist Hospital等机构。此研究文章发表在于2024年4月26日出版的《Science Immunology》期刊上。
研究内容
研究流程
实验流程概述
研究首先采用小鼠全局抗原错配（BALB/c至B6）和基因相同（B6至B6）心脏移植模型及转移的TCR转基因CD4+细胞，以识别和研究反应性T细胞的特定表面标志物。通过流式细胞术、RNA测序、以及基因编辑小鼠模型，研究反应性T细胞的克隆扩展以及PD-1表达对移植耐受的影响。
具体实验步骤
1.反应性T细胞的标志物筛选：在移植后第6天，通过流式细胞术和RNA测序分析BALB/c-to-B6心脏移植模型中受体脾脏中的TEA TCR转基因CD4+细胞，评估这些细胞表面标志物的表达。
2. PD-1在内源性免疫细胞中的表达：对iso-脾脏和allo-脾脏中T细胞进行单细胞RNA测序，鉴定PD-1的表达水平。
3. 内源性反应性T细胞克隆扩展分析：通过单细胞转录组和TCR测序，评估移植后反应性T细胞PD-1表达与克隆扩展的相关性。
4. PD-1阳性细胞的功能表型分析：检测PD-1阳性T细胞增殖和效应分子的表达，以评估其在反应性T细胞中的功能。
数据与结果分析
RNA测序与数据分析：研究通过主成分分析（PCA）和基因富集分析，识别了PD-1在反应性T细胞中的显著上调，并通过流式细胞术验证其蛋白水平。
PD-1在内源性T细胞中的表达及功能分析：单细胞RNA测序和TCR测序显示，克隆扩展度高的CD8+ T细胞在表达PD-1的同时，富集了细胞毒性功能相关分子。
研究主要结果
PD-1是反应性T细胞的表面标志物：对于遇到同种抗原的TEA TCR转基因CD4+细胞，PD-1表达显著增加，而其他标志物的表达变化不显著。
反应性T细胞的克隆扩展与PD-1表达相关：通过单细胞RNA测序和TCR测序，研究发现，克隆扩展度高的T细胞群体在表达PD-1的同时，呈现更强的细胞毒性功能。
PD-1阳性细胞删除促进移植耐受：利用PD-1dtr小鼠模型，通过DTR介导的细胞消除，显著延长了皮肤和心脏移植物的存活时间，且消除移植物嵌入的PD-1阳性T细胞后，可观察到延迟的移植物排斥。
分析存活T细胞的响应特异性：对于移植受体中的残余T细胞，通过体外实验显示，他们对BALB/c抗原的反应显著下降，表明PD-1阳性细胞的消除主要针对特定的同种反应性T细胞，而非全局免疫抑制。
结论与意义
研究表明PD-1在反应性T细胞中的重要作用，并且通过靶向PD-1阳性细胞的删除，可以通过外周克隆性删除的方式重新塑造TCR库，从而促进小鼠移植模型中的免疫耐受。此方法不仅有望应用于调整移植接受者的免疫反应，还可能用作治疗自体免疫疾病的潜在策略。
研究亮点
- 创新技术：本研究利用DTR机制和特异性的抗体削除策略，验证了PD-1阳性细胞在移植免疫耐受中的重要作用。
- 科学价值：通过揭示PD-1作为反应性T细胞的标志物，在移植和自体免疫环境下重新塑造TCR库，这项研究为靶向免疫调节提供了新的理论依据。
- 临床意义：研究的发展表明，这一免疫调节策略可能适用于临床移植和治疗自体免疫疾病，将有助于减少传统免疫抑制疗法带来的感染风险。
本文通过一系列实验数据和分析，详细展示了PD-1靶向削除在诱导免疫耐受中的作用及其潜在应用，为未来研究和临床应用提供了丰富的科学基础。