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Nature揭秘“免疫系统的提前布局”——急性感染下T细胞的 “秘密武器”

生信人  · 公众号  · 生物  · 2025-06-04 07:05

正文

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在急性感染早期,确实会形成类似慢性感染相关的Tpex前体细胞,而且早期感染就像一个充满创造力的工厂,会产生多种不同类型的前体细胞,这一过程与感染最终是否会慢性化或被清除并无直接关联 ,这一发现无疑为T细胞耗竭的研究开辟了新的天地。

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在免疫研究的领域中, 表观遗传 一直被视为调控基因表达的关键因素,在T细胞耗竭的过程中也扮演着不可或缺的重要角色。为了深入探究 急性感染中Tpex的表观遗传特征 ,研究团队充分利用了公共数据GSE164978,展开了一场深入的表观遗传探索之旅。在这个研究中,C57BL/6J小鼠被分别感染LCMVArmstrong 或LCMVclone-13,7 天后,研究人员从脾脏中分离出总CD8 T细胞,并运用单细胞分辨率的ATAC-seq 分析,试图揭开这些细胞表观遗传的神秘面纱。


研究人员首先对两种感染类型的细胞进行了联合聚类分析,这一过程就像是将不同来源的士兵按照特征进行分类。然后,他们巧妙地叠加参考bulk-signatures,对聚类后的单细胞分辨率ATAC-seq分析结果进行深入解读。naive 和Tmpc signature信号强度高的细胞之间存在着明显的重叠,这表明它们在表观遗传和转录机制上有着紧密的联系,就像是有着共同血脉的家族成员(图4B)。同样地,Tpex signature最强的细胞在Tmpc signature中也有着较高的得分,这进一步反映出它们部分共享的表观遗传图谱,仿佛在诉说着它们之间的渊源。基于这些重要的发现,研究人员果断地将细胞簇分别标记为naive细胞、Tmpc、Tpex、Teff和Tex(图4C)。在研究的最后阶段,他们对Tpex和Tmpc簇进行了差异可及性分析,并根据基因注释对差异可及区域进行了汇总。正如预期的那样,研究人员发现Tpex在 Tox、Tox2 和Pdcd1附近的多个区域具有更高的可及性,这就像是在这些区域打开了更多的通道,使得基因表达更容易受到调控(图4D)。

图4

更为有趣的是,研究人员观察到Tpex簇中同时包含了来自急性和慢性感染的细胞,这一发现就像是在连接急性感染和慢性感染的桥梁上找到了关键的基石,表明Tpex在不同感染阶段可能具有相似的表观遗传基础。通过直接比较 Armstrong 和 clone13 感染在Pdcd1基因区域的可及性,研究人员发现两者之间没有显著差异,这进一步有力地证明了急性和慢性感染的Tpex细胞在表观遗传上具有高度的相似性。为了更深入地探究这一现象,研究人员选择了仅感染LCMVArmstrong 的细胞,并绘制了Pdcd1位点的覆盖图,按照簇的分配进行了细致的划分。在灰色区域标注的是基于Tpex和Tmpc簇差异可及性确定的区域,通过这个图我们可以明显地观察到Tex和Tpex之间具有相似的可及性,而Tpex和Tmpc之间则存在着明显的差异,这一结果表明即使仅在急性感染来源的细胞中,Tpex和Tmpc的差异依然清晰可辨(图4E)。


研究人员继续深入挖掘,利用来自Armstrong感染的细胞子集,并整合已知转录因子结合基序的数据,试图找出驱动Tpex和Tmpc差异的潜在调控因子。在Tpex中 FOS::JUN 位点周围的区域具有更高的可及性(图 4G),这暗示着这些区域可能具有更高的转录因子活性,就像是在这些区域点燃了基因表达的引擎(图 4H)。综合以上全面而深入的分析,我们可以清晰地得出结论: 在急性感染早期的Tpex细胞中,存在着与慢性感染Tpex相关的典型表观遗传标记, 这一发现为我们理解T细胞耗竭的表观遗传调控机制提供了重要的线索,也为未来的研究指明了方向。


在T细胞耗竭的复杂研究领域中,配体亲和力和抑制信号对T细胞的激活起着至关重要的作用。为了深入探究它们在急性感染中对Tpex激活的影响,研究人员精心设计了一系列巧妙的实验。他们利用之前建立的一套成熟的实验系统,在这个系统中,OT1 T细胞在感染表达不同亲和力配体的重组水泡性口炎病毒时,会面临不同的刺激条件。具体来说,OT1 T细胞会分别接触其天然配体 SIINFEKL(N4,高亲和力)或低亲和力改变的肽配体 SIIVFEKL(V4),一场关于配体亲和力的较量就此展开。


实验结果令人瞩目,感染高亲和力VSV-N4的小鼠在7天后,TOX + 前体和效应细胞的频率发生了显著的变化,出现了大幅增加的现象,就像是在战场上被激发了强大战斗力的士兵;而感染 VSV-V4 的小鼠中,无论是前体还是效应细胞,几乎都没有 TOX + 表达,仿佛这些细胞在低亲和力的刺激下陷入了沉睡(图 5A-B)。这一鲜明的对比有力地表明,急性感染中Tpex的形成高度依赖于强TCR信号,就像是植物的生长离不开阳光和水分,强TCR信号是Tpex形成的关键因素。

图5

同时,鉴于PD-1是Tpex的关键特征之一,并且作为一种抑制性受体,它在T细胞激活过程中的作用一直备受关注。研究人员基于已有的知识和前期的研究结果,合理地假设PD-1表达可能会对Tpex的形成起到限制作用。为了验证这一假设,他们展开了一场严谨的实验。将野生型(WT)或PD-1敲除(KO)的P14转基因 CD8(CD45.1)T细胞转移到B6宿主(CD45.2)体内,然后让这些小鼠感染LCMVArmstrong,一场关于PD-1作用的探究正式启动。在感染7天后,研究人员通过流式细胞术对样本进行了细致的分析。


实验结果再次证实了研究人员的假设,PD-1敲除细胞在TCF1 + 前体和 TCF1-效应细胞群中,总TOX + 细胞的频率显著高于 WTP14 细胞,就像是解开了束缚的骏马,变得更加活跃。而且,前体细胞群的组成也发生了明显的变化,从 WT细胞中以 TOX-前体为主转变为PD-1KO P14T细胞中 TOX + 前体比例更高(图 5C-D)。这一结果充分表明,在急性感染中,强TCR信号就像一把推动Tpex形成的有力武器,而PD-1信号则像是一道限制的关卡,起到了限制Tpex生成的作用。单细胞转录组数据也进一步证实,高度激活的细胞呈现更强的耗竭信号,表明激活强度与耗竭特征的获得呈正相关(图5E-F)。综上所述,在急性感染早期,强烈的TCR信号促进 Tpex 形成,而PD-1表达则限制其生成。

图6

图7

5+急性感染与T细胞耗竭前体形成






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