Mol Cell | 300多种T细胞图谱有助于对T细胞免疫机制的研究

文章通过对12项研究的300多种癌症和感染CD8 T细胞研究中转座酶可及的染色质测序和RNA测序实验进行统一分析，确定了CD8 T细胞功能障碍的共同分化轨迹以及其潜在的转录驱动因子，揭示了跨模型的功能性和功能失调性T细胞状态的普遍早期分叉。

在肿瘤和慢性感染的晚期功能障碍进展过程中，染色质可及性的变化是一个普遍的特征，这意味着在所有慢性抗原暴露的环境中，染色质可及性都有早期的功能障碍。在功能障碍发展的早期时间点观察到的染色质状态与在感染和肿瘤模型的晚期时间点发现的功能障碍前体细胞相似。

2021年4月22日，美国斯隆凯特琳研究所和路德维希癌症中心研究团队Yuri Pritykin等人在《Cell Press》子刊《Molecular Cell》上发表了一篇“A unified atlas of CD8 T cell dysfunctional states in cancer and infection”的文章。

文中提出了一个普遍的早期分化和功能失调的T细胞状态跨模型，通过对癌症和感染中CD8 T细胞的12项研究的300多项转座酶可达染色质测序(ATAC-seq)和RNA测序(RNA seq)实验进行统一分析，作者定义了功能障碍的共同分化轨迹及其潜在的转录驱动因素，并揭示了跨模型的功能性和功能障碍T细胞状态的普遍早期分叉。利用单细胞ATAC (scATAC)-seq和等位基因特异性单细胞RNA (scRNA)-seq对急性和慢性病毒感染进行实验解剖，确定了状态-特异性驱动因子，并在早期分支点捕获了类似的TCF1+类似祖细胞群的出现，在该分支点，功能和功能障碍T细胞出现分化，CD8 T细胞状态图谱将有助于对T细胞免疫机制的研究。

幼稚T淋巴细胞在胸腺完成分化后进入外围，通过次级淋巴器官再循环，在共刺激分子存在的情况下遇到同源抗原时，被激活、扩增并分化为效应细胞或记忆T细胞。这些细胞然后停留在淋巴器官和非淋巴器官中，发挥其免疫功能。相反，慢性或不理想的抗原刺激（例如，在没有协同刺激的情况下）可能会导致低反应能力或无力的状态。

CD8 T细胞的功能对于抵御病毒和细菌感染以及肿瘤免疫至关重要，在急性和慢性病毒感染、癌症、移植和“自我”耐受中CD8 T细胞的表型和功能分析提供了关于激活效应细胞、记忆细胞及其前体的描述，以及一系列功能紊乱的CD8 T细胞，均被称为无力、耗尽、可逆或不可逆功能失调。有一部分耗尽/功能失调的细胞，称为“干细胞样”或祖细胞，具有自我更新能力，这进一步增加了CD8 T细胞激活和分化的复杂性。

然而，在不同的实验和临床环境中，全基因组分析揭示了CD8 T细胞状态的显著异质性，这为区分分化功能障碍和潜在调控机制的共同特征和背景特异性特征提出了一个主要问题。如何在慢性抗原暴露的后期导致两种不同的状态：自我更新功能失调的祖细胞和终末功能失调的细胞？在肿瘤和慢性感染的晚期功能障碍进展过程中，染色质可及性的变化是一个普遍的特征，在功能障碍发展的早期时间点观察到的染色质状态与在感染和肿瘤模型的晚期时间点发现的功能障碍前体细胞相似。

在肿瘤和慢性感染的晚期功能障碍进展过程中，染色质可及性的变化是一个普遍的特征，在功能障碍发展的早期时间点观察到的染色质状态与在感染和肿瘤模型的晚期时间点发现的功能障碍前体细胞相似。整体的T细胞状态分析表明，在癌症和慢性感染模型中，功能T细胞激活状态和功能失调性T细胞激活状态普遍存在早期分岔。

T细胞对慢性抗原暴露反应的不同研究中的大量ATAC-seq和RNA-seq数据进行了统一分析，确定了一个进展为终末期功能障碍的通用方案。通过对来自众多资源的数据进行联合分析，可靠地识别单个染色质可及位点、可及性模式和跨实验模型常见的表达变化，以及其结合基元解释T细胞分化中不同染色质状态的整体可及性模式的tf。

单细胞分析结果发现在慢性和急性感染后第7天就出现了TCF1+祖细胞样细胞群。在scac -seq和scRNA-seq数据中，这一群体在两种感染环境中形成了共享集群，与最近对已分类群体的分析相比，在所有被测细胞中显示出最强的转录和表观基因组相似性。因此，在这两种情况下，我们发现相同的基因在该群体的多个启动子和增强子峰上具有丰富的表达和染色质可及性，包括Tcf7、Xcl1、Cxcl10、Ccr7、Slamf6、Id3和Cxcr5，以及Tox和Ikzf2，这些基因以前曾与末端功能障碍T细胞相关。多证据表明，几个TFs与祖细胞和祖细胞样群体密切相关(图2B、2C)，包括先前描述的TCF1和新发现的OCT2(由Pou2f2编码)。

然而，尽管差异可及性分析和motif回归模型得到了相对较小的细胞数量分析的支持，但在这一祖样亚群中，发现了慢性和急性样本细胞之间的细微差异，急性感染细胞可能代表IL7Rhi MPEC亚群，而慢性感染细胞形成新生的祖细胞库(图3G)。这些发现可能提示了早期祖细胞和MPEC群体在染色质状态和基因表达水平上的差异。

通过过继细胞转移实验和scRNA-seq谱分析，并将这些数据绘制到CD8 T细胞应答的综合scRNA-seq图谱上，证实了从已建立的慢性病毒感染中分离出来的前体细胞会发生功能障碍。虽然转移的祖细胞可以在急性免疫挑战下在新宿主中增殖，但它们显示了慢性免疫应答的单细胞表型。这些结果与早期的过继T细胞转移研究一致，这些研究表明，在d15后原相遇时，对慢性LCMV感染应答的T细胞在急性LCMV挑战下失去了形成功能记忆的能力。并有类似的实验记录了肿瘤特异性T细胞在自体肝癌模型中可塑性的丧失。然而，这些早期的研究也证实了在慢性抗原刺激的早期时间点，抗原特异性T细胞保留了产生功能性反应和形成记忆细胞的潜力。对T细胞在慢性免疫挑战下的单细胞分析表明，这种短暂的可塑性存在于早期祖样群体中，与最近的表型研究一致。

总之，数据集的分析为解决T细胞分化程序的基本问题奠定了基础。希望T细胞图谱将为基础T细胞生物学家和癌症免疫学家提供一个有价值的资源，以治疗靶向转录程序导致的固定功能障碍。