单细胞揭示人胎儿肝造血图谱

栏目:资讯发布:2023-10-27浏览:1收藏

单细胞揭示人胎儿肝造血图谱,第1张

胚胎原始血细胞和免疫细胞来源于胚外组织,在受孕2-3周(PCW)后由卵黄囊产生;3-4周后主动脉-性腺-中肾小管(AGM)祖细胞开始产生。卵黄囊和AGM祖细胞在肝脏等胎儿组织中定植,肝脏承担胎儿主要的造血功能直至孕中期。胎儿骨髓在11 PCW 左右开始定植,20 PCW 后成为造血主要部位。卵黄囊、AGM、胎儿肝和骨髓衍生的免疫细胞,包括其周围的非淋巴组织,其成熟过程均由组织微环境所决定。

该研究采用scRNA-seq,绘制了7-17 PCW 胎儿肝脏细胞分子状态,并通过实验对转录表型进行验证。此外,通过比较胎儿肝中的免疫细胞与卵黄囊中的免疫细胞以及皮肤和肾脏中的典型NLTs,构建了胎儿免疫发育网络。

作者制备了7-17 PCW 胚胎和胎肝单细胞悬液以研究胎肝血液及免疫细胞的发育变化。用 FACS 分选 CD45+ 和 CD45− 细胞,送 10x 和 smart-seq2 单细胞测序。为了综合评估 NLTs 和卵黄囊中血液及免疫细胞状态,同时分选了胎儿皮肤、肾脏和卵黄囊细胞。

总体来看,肝脏细胞分选138,575个,另有小部分用来做smart-seq2,皮肤细胞分选54,690个,肾脏细胞9,643个,卵黄囊细胞10,071个用于测序。

对胎肝单细胞数据,作者采用了 Louvain (基于层次聚类的图聚类)方法对细胞进行聚类,同时鉴定了相应差异基因。为了尽可能去除批次效应同时保留生物学变化,作者利用 Harmony 对采自四个阶段的样本数据进行了校正整合:

作者将胎肝细胞分为27类,VCAM1+ 成红细胞血岛中心巨噬细胞由于与周围红细胞互作而被单独归为一类细胞;所有类型的细胞在各发育阶段均被发现,但是各阶段数目不等。此外,样本未检出中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞,这与粒细胞出现自胎儿骨髓造血时期的现象相吻合;样本早期以红系细胞为主,晚期则淋巴细胞与骨髓细胞增多。

作者筛选了在所有clusters中均差异表达的48个基因(log(fold change) > 05),随后用这48个基因通过随机森林预测细胞states,精确率和召回率均值达到89%。接着作者利用编码细胞不同表面蛋白基因对细胞进行分离,用smart-seq2 对分离细胞进行了简单验证;FACS分离的细胞在形态学上与野生型细胞一致。

接下来作者观察了红系细胞、肥大细胞、髓系细胞和淋巴细胞的空间分布,肝脏基本结构在8-17 PCW 间逐渐形成;虽然环绕门静脉和中央静脉的肝小叶尚不能被明显区分,但是总体肝组织呈增加态势;造血岛浮现于血窦及周边肝组织中,血窦CD68+ 巨噬细胞被血型糖蛋白A红系细胞包裹;来自B细胞系的CD1c+树突细胞和CD79a+、CD20+细胞零散分布。从scRNA-seq 表达谱来看,这些细胞总体更接近造血细胞(21、22、23)而与肝细胞距离较远(27);这可能与体外分离的肝细胞较为脆弱且高表达线粒体基因有关。以上工作皆为验证该数据集的准确性而开展。

随后作者推断出了造血发生轨迹。运用力导向图算法,作者鉴定出了以HSC/MPP为中心的三个连接对象:红系细胞-巨核细胞-肥大细胞、B 细胞/先天淋巴细胞/T淋巴细胞、髓系细胞;随后用 PAGA 算法佐证了这一结果。

此前有相关报道,人胎肝中存在T细胞、B细胞、NK细胞和先天淋巴细胞。本研究发现胎肝淋巴细胞存在两个分支:一组为NK–T–ILC系,一组为B细胞系。早期淋巴样及T淋巴细胞群因妊娠期而异,在胸腺T细胞成熟之前,该群细胞表达GATA3、KLRB1、CD3D、CD7和JCHAIN,具体见下图:

小鼠发育轨迹分析已经证实,组织内巨噬细胞是由卵黄囊和胎肝祖细胞产生的,而DC细胞则来自骨髓衍生的HSC/MPPs,其独立于单核细胞谱系。相较于人,早在7 PCW时,已可以观察到胎儿肝脏和NLT中的髓样祖细胞,单核细胞,巨噬细胞以及DC1和DC2细胞簇。

发源自HSC/MPP的髓系细胞藉由三个中间体产生:表达CD34,SPINK2,AZU1,PRTN3,ELANE,MPO和LYZ的嗜中性粒细胞祖细胞;单核细胞前体;DC细胞前体。

其中,DC1不同于嗜中性粒细胞祖细胞和与DC2密切相关的DC前体,DC分化涉及CLEC11A,BATF3和ID2的动态调节,而单核细胞分化涉及S100A8 / A9,FCGR1A / 2A和S100A12的动态调节。浆细胞样DC(pDC)前体从早期前髓样细胞和前祖B细胞中分离出来,与小鼠中淋巴样和髓样来源混合的报道一致。作者比较了胎盘、卵黄囊和胎肝中的单核细胞、巨噬细胞及推定的对应前体细胞发现,巨噬细胞表达谱具有高度组织特异性,且与同组织内其他巨噬细胞的亚型有一定关联性,难以进行细胞溯源。

皮肤和肾脏中均存在单核细胞、巨噬细胞、pDC、DC1和DC2细胞;其中NLT单核细胞和DC细胞与胎肝中的单核细胞和DC细胞高度相关,而巨噬细胞更具组织特异性:对成人巨噬细胞分析发现,肝巨噬细胞表达 VCAM1 而皮肤巨噬细胞表达 F13A1。对于DC细胞而言,其组织特异性表达模式与其在不同组织中行使不同功能相对应,即在不同组织中发挥不同功能的DC细胞,具有组织特异性。如S100A4(T细胞活化因子)在皮肤DC1细胞中特异表达,而AOAH(编码参与调节脂多糖反应的酶)在肝脏DC2细胞中特异表达。这表明胎儿DC细胞在介导耐受性方面发挥积极作用。

通过FDG可视化分析发现,该细胞群以表达CLEC9A、HLA-DRA和最高水平的“ primitive”基因(包括MLLT3)为基础,该特征与可长期传代的专能干细胞(LT)-HSC细胞群一致。通过差异基因分析和监督聚类发现,HSC / MPP细胞簇的基因表达介于LT-HSC和早期祖细胞之间,类似于激发态HSC。

作者此处假设胎肝细胞的组份是由在HSC / MPP 基础上,对其多能性进行适当调节而产生的。为了证明这一猜想,作者分离了CD34+ CD38+、CD34+ CD38- CD45RA- 、CD34+ CD38− CD45RA+ 三类细胞,分别进行smart-seq2 测序和单克隆培养。通过胎肝数据集训练的支持向量机算法确定了CD34+CD38- 细胞主要为HSC / MPP(约85%);CD34+ CD38- CD45RA+ 的大多数细胞也被分类至HSC / MPP群中。这与已报道的HSC / MPP和MLP之间的转录相似性以及作者鉴定出HSC / MPP区室中的淋巴结果吻合。

CD34+ CD38- CD45RA- 的HSC / MPPs单细胞培养能长出单能细胞和专能细胞克隆。随着胎龄增加,细胞所能产生的三类克隆(红系细胞、NK细胞、髓样细胞或巨噬细胞)数越来越少(说明干性下降)。随着胎龄的增加,红系细胞克隆越来越少,而含有NK细胞和B细胞的克隆则随之增加。

胎肝中不到9 PCW的HSC / MPP几乎不产生B细胞,与这一阶段B细胞少的情况相吻合。这些发现表明不同妊娠阶段的HSC / MPP确实存在多能性差异,佐证了妊娠早期红系细胞占优和而晚期淋巴细胞增多的现象。

综合比较发育过程中多种造血组织的HSC / MPPs和早期祖细胞发现,卵黄囊和胎儿肝祖细胞和HSC / MPPs的 MKI67 表达更高,增殖潜力更强。细胞周期染色亦证实了这一结果。此外,胎肝HSC / MPPs的比例随胎龄增加而增大,表明胎儿的生命正逐渐消逝。胎肝HSC / MPPs中热休克蛋白的基因(HSPA1A)表达较高,这可能是为了维持基因组和蛋白质组的完整性;而MHC-1(HLA-B)的含量较低,这说明,与脐带血及成人骨髓中的HSC / MPPs相比,胎肝的抗原递呈能力较低。

以上结果表明,HSC / MPP数量、增殖和分化潜能的内在变化发生在妊娠前俩阶段。这些变化可能对胎肝造血功能适应发育中胎儿的需求非常重要。

提出了关于血液、胎肝、卵黄囊,皮肤和肾脏免疫发生发展的动态图谱。发现:胎儿皮肤中有生理性红细胞生成;早在7 PCW时已建立DC细胞网络;pDC可能有髓样和淋巴样细胞起源;卵黄囊可产生肥大细胞、NK细胞、ILCs;且NK 细胞、ILCs、 DCs和巨噬细胞在发育过程中产生了对应的组织特异性;揭示了在妊娠期间,HSC / MPP存在分化潜能调节,这可能是妊娠早期调节胎儿肝脏造血输出的附属机制。

  免疫可以分为非特异性免疫和特异性免疫。

  非特异性免疫生来就有,不针对某一种病原体。包括皮肤、黏膜等组成的第一道防线,一集体液中的杀菌物质和吞噬细胞组成的第二道防线。(体液中含有一些吞噬细胞,用于吞噬病原体)

  如果两道防线都突破了,那么人体最后一道防线——特异性免疫就发挥作用了。特异性免疫大体分为三个阶段:1感应阶段:识别、处理抗原的阶段。2反应阶段:淋巴细胞(免疫细胞)增殖分化,以及记忆细胞形成阶段。3效应阶段:淋巴细胞发挥免疫作用杀死抗原的阶段。

  抗原和抗体

  1抗原:抗原一般指进入人体的外来物质。如细菌病毒、花粉等。人体的免疫系统遇到这些外来物质时,就会费力抵抗予以消灭。而有时自身的组织也会成为抗原,如癌细胞。

  2抗体:抗体是受抗原刺激后产生的,并且能与抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。通俗点就是杀灭抗体的物质。抗体主要分布在血清中。

  抗原进入人体后,已经突破了皮肤、黏膜等组成的第一道防线,这时第二道防线就发挥作用了,体液中的杀菌物质和吞噬细胞会杀灭这些外来物质。与此同时,人体最后一道防线也被激活。人体分泌抗体来杀灭这些外来物质。如果这种抗原的入侵原理是进入人体正常细胞进行繁殖,那么上述免疫都不起作用。也就是体液免疫不起作用了。

  这个时侯,人体会启动细胞免疫。人体的免疫细胞主要是淋巴细胞。淋巴细胞是有骨髓中的造血干细胞分化、发育而来的。其中一部分造血干细胞流入胸腺,并在胸腺中发育为T淋巴细胞,简称T细胞;另一部分直接在骨髓中发育为B淋巴细胞,简称B细胞。当T细胞和B细胞收到抗原刺激时,会增殖分化为具有免疫效应的 效应T细胞 和 效应B细胞,进而发挥细胞免疫。

  体液免疫过程

  体液免疫的过程也可分为抗原识别,B细胞活化、增殖与分化,合成分泌抗体并发挥效应三个阶段。

  B细胞对抗原的识别是通过其表面的抗原识别受体来进行的。B细胞的抗原识别受体能直接识别蛋白质抗原,或识别蛋白质降解而暴露的抗原决定簇,而无需APC对抗原的处理和递呈。B细胞表面的抗原识别受体识别抗原是产生B细胞活化的第一信号,有人将结合了抗原的B细胞称为致敏B细胞,只有这些细胞在接受T细胞的辅助时才能够活化来产生抗体。也就是说,B细胞的活化需要两个信号:抗原信号和活化的T细胞信号(并不是递呈抗原,而是通过其他的分子信号提供的),并需要T细胞所分泌的细胞因子。在体液免疫中,T细胞通过提供刺激信号、分泌细胞因子等方式辅助B细胞,B细胞作为APC可通过加工、处理、递呈抗原的形式激活T细胞,但B细胞不能激活初始T细胞(由树突状细胞来激活)。B细胞最终分化为浆细胞和记忆性B细胞,浆细胞多在2周内凋亡。需要指出的是,抗原特异性B细胞和T细胞所识别的抗原决定簇是不同的,但二者必须识别同一抗原分子的不同抗原决定簇,才能相互作用。因此,B细胞分化为浆细胞是一个复杂的过程,依赖于树突状细胞、T细胞、B细胞三者之间的复杂相互作用。

  细胞免疫过程

  T淋巴细胞介导的免疫应答是一个连续的过程,可分为三个阶段:(1)T淋巴细胞特异性识别抗原(初始或记忆T细胞膜表面的受体与APC表面的抗原肽-MHC复合物特异性结合的过程);(2)T细胞活化、增殖和分化;(3)效应T细胞发挥效应。

  T细胞的活化需要双信号的刺激,第一信号来自抗原,提供方式是APC表面的抗原肽-MHC复合物与受体的相互作用和结合,该信号确保免疫应答的特异性;第二个信号是微生物产物或非特异性免疫针对微生物的应答成分,该信号确保免疫应答在需要的条件下才能得以发生。当只有第一信号时,T细胞处于无应答状态。

  T细胞活化引起细胞分裂(大量增殖,达到整体功能所需的数量水平)和分化(使T细胞具有分泌细胞因子或细胞杀伤的功能)。淋巴因子的分泌是T细胞活化的主要表现形式。不同的抗原刺激可使初始T细胞分泌不同种类的细胞因子,从而产生不同的效应,而白细胞介素2是初始T细胞产生的最重要的细胞因子。细胞毒性T细胞具有特异性的杀伤功能,主要是细胞浆内形成了许多膜结合的颗粒,这些颗粒包含穿孔素(perforin,成孔蛋白)和颗粒酶等多种介质。穿孔素可对靶细胞打孔,颗粒酶是一组丝氨酸酯酶,它进入靶细胞胞浆,使靶细胞凋亡。靶细胞凋亡后,暴露抗原,从而被抗体消灭。

  随着抗原的清除,大多数活化T细胞死于细胞凋亡,以维持自身稳定的基础状态。少数T细胞分化为长寿命的记忆细胞,在再次抗原刺激时发挥快速的免疫应答作用。

 

免疫分子包括:

 1)免疫球蛋白

 B细胞转化为浆细胞,分泌能与相应抗原特异性结合的蛋白,即免疫球蛋白,又称抗体(Ab)。Ig是由相同二条重链和二条轻链组成。Ig以重链命名,分为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五类。

 2)补体

 用C'表示。是血清中存在的一组具有酶活性的、不稳定的能帮助抗体溶解靶细胞的一组蛋白,称补体系统。至少有30多个成分。

 补体激活途径至少有三条:经典途径、替代途径和凝集素途径。①溶解细胞与杀菌作用;②促炎作用;③中和及溶解病毒作用。

 3)细胞因子

 是指由活化的免疫细胞和某些基质细胞分泌的、介导和调节免疫应答及免疫反应的小分子蛋白类因子。

 细胞因子包括淋巴因子和单核因子。产生细胞因子的细胞种类极多,主要有3类:①激活的免疫细胞;②基质细胞;③某些肿瘤细胞。

 已鉴定的细胞因子达百种以上,习惯上把它分为下列7类:白介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子、转化生长因子、趋化因子、其他细胞因子(有表皮生长因子、血管内皮细胞生长因子、血小板衍生的生长因子、成纤维细胞生长因子等)。

 功能:①介导天然免疫应答和效应功能;②免疫调节功能;③调节炎症反应;④刺激造血细胞增殖和分化成熟的功能;⑤抗肿瘤生长的功能。

 4)HLA分子

 HLA是人类白细胞抗原,即人的主要组织相容性抗原。编码HLA分子的基因,称主要组织相容性复合体(MHC),又叫组织相容性位点A(HLA)。

免疫系统由免疫器官(骨髓、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾、胸腺等)、免疫细胞(淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞、血小板(因为血小板里有IgG)等),以及免疫活性物质(抗体、溶菌酶、补体、免疫球蛋白、干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等细胞因子)组成。 扩展资料 免疫系统具有免疫监视、防御、调控的作用。这个系统由免疫器官(骨髓、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾、胸腺等)、免疫细胞(淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞、血小板(因为血小板里有IgG)等),以及免疫活性物质(抗体、溶菌酶、补体、免疫球蛋白、干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等细胞因子)组成。免疫系统分为固有免疫(又称非特异性免疫)和适应免疫(又称特异性免疫),其中适应免疫又分为体液免疫和细胞免疫。免疫系统(immune system)是防卫病原体入侵最有效的武器,它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。但其功能的亢进会对自身器官或组织产生伤害。1识别和清除外来入侵的抗原,如病原微生物等。这种防止外界病原体入侵和清除已入侵病原体及其他有害物质的功能被称之为免疫防御。使人体免于病毒、细菌、污染物质及疾病的攻击。2识别和清除体内发生突变的肿瘤细胞、衰老细胞、死亡细胞或其他有害的成分。这种随时发现和清除体内出现的“非己”成分的功能被称之为免疫监视。清除新陈代谢后的废物及免疫细胞与 病毒打仗时遗留下来的病毒死伤尸体,都必须藉由免疫细胞加以清除。3通过自身免疫耐受和免疫调节使免疫系统内环境保持稳定。修补免疫细胞能修补受损的器官和组织,使其恢复原来的功能。健康的免疫系统是无可取代的,但仍可能因为持续摄取不健康的食物而失效。

包括抗体,溶菌酶,淋巴因子等等。

人体的免疫系统,是由免疫器官,免疫细胞和免疫活性物质三部分组成的。免疫器官,是由免疫细胞组成,是免疫细胞生成、成熟的地方,包括骨髓,淋巴结,脾胸腺等等均属于免疫器官。

免疫细胞,是具有免疫功能的细胞,如淋巴细胞,吞噬细胞等。免疫活性物质是由免疫细胞和其他细胞产生的,发挥免疫作用的物质,包括抗体,溶菌酶,淋巴因子等等。

基本功能

免疫系统(immune system)是机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统。由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。免疫系统具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统相互协调,共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能。

免疫系统(immune system)是防卫病原体入侵最有效的武器,它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。但其功能的亢进会对自身器官或组织产生伤害。

-免疫系统

研究人员利用黑色素瘤相关的白癜风小鼠模型研究了常驻记忆(T rm )和循环记忆(T cirm )细胞在转移位置的抗肿瘤反应中的作用。研究人员发现,肿瘤特异性CD8 + T细胞的转录特征是由占据的组织决定的。异种共生表明,肿瘤特异性的Trem和Tcirm区段在整个内脏器官中持续存在,但Trem细胞在淋巴结(LN)中占主导地位。淋巴结和皮肤中Trem细胞的单细胞RNA测序图谱是不同的,占据这两种组织的T细胞克隆型在淋巴结中绝大部分保持为Trem细胞。

虽然Tcirm细胞阻止了黑色素瘤在肺部的生长,但Trem对黑色素瘤在LN的播种提供了长期的保护。扩大的Trem population也存在于黑色素瘤患者的LN中,其转录特征预示着更好的生存。因此,肿瘤特异性Tram细胞在LN中持续存在,从而限制了转移性癌症

随着原发性肿瘤的进展和转移,抗肿瘤免疫反应的性质会发生变化 。研究使用黑色素瘤相关白斑的小鼠模型研究了 resident memory (T rm ) 和circulating memory (Tcirm) 细胞在转移部位的抗肿瘤反应中的作用 。发现肿瘤特异性 CD8 + T 细胞的转录特征由占据的组织defined。Parabiosis显示肿瘤特异性 T rm 和 Tcirm compartments在整个内脏器官中持续存在, 但 T rm 细胞主导淋巴结 (LN) LN 和皮肤中 T rm 细胞的单细胞 RNA 测序谱是不同的,占据两种组织的 T 细胞克隆型在 LN 中绝大多数保持为 T rm Tcirm 细胞阻止黑色素瘤在肺部的生长,而 T rm 提供了针对 LN 中黑色素瘤seeding的长期保护 。来自患者的黑色素瘤相关淋巴结中也存在扩大的 T rm population, 它们的转录特征预测了更好的存活率 。因此, 肿瘤特异性 T rm 细胞在 LN 中持续存在,限制了转移性癌症 。( T细胞的分类实在太多了一些

转移是癌症死亡的主要原因 ,尽管对转移部位的免疫反应尚不清楚。 CD8 + T 细胞充当小鼠早期癌症的守护者,抑制癌细胞的扩散,T 细胞激活免疫检查点抑制剂药物对广泛转移性疾病的患者有效 。 记忆 T 细胞对于对癌症的持久免疫特别重要,并且与患者的较低转移率有关。

尽管作为 T 细胞启动的必要器官, 淋巴结 (LN) 却是最常见的早期转移部位 。 Tumor-draining的 LN 变得高度免疫抑制, 并且 LN 脉管系统独特地能够将肿瘤细胞传播到远处器官 。将 LN 指定为转移的途径强调了了解 LN 局部对癌症的免疫的必要性。 这种免疫的存在是通过以下发现来推断的: 一些转移瘤从未扩散到 LN 的包膜下区域之外,并且全区域淋巴结 (RLN) 切除对转移性黑色素瘤患者缺乏治疗益处

在 LN 中启动 CD8 + T 细胞后, 克隆扩增的population分化为循环和常驻记忆亚群 。循环记忆 (Tcirm) 细胞——包括中枢 (Tcm)、效应细胞 (Tem) 和干细胞记忆 (Tscm) 亚群——通过血液和淋巴器官再循环,而 常驻记忆 (T rm ) 细胞群在组织中稳定驻留 。与 Tcirm 细胞相反,T rm 细胞表达组织保留标志物,缺乏egress markers的表达, 并且在功能上被定义为它们无法在稳定状态下再循环 T rm 细胞存在于整个组织中,包括皮肤、肺、肝、脑、肠和生殖道,在这些组织中它们提供了抵御外周再感染和癌症的屏障 。此外,CD8 + T rm 细胞也可以占据 RLN。在人类免疫缺陷病毒 (HIV) 感染的患者中,HIV 特异性 CD8 + T rm 细胞在elite controllers的 LN 中富集,表明 LN T rm 细胞在对抗感染中的作用。

Tcirm 和 T rm 细胞介导的癌症免疫研究主要集中在原发性肿瘤上,而对转移部位的memory requirements知之甚少 。 之前的工作揭示了皮肤 T rm 细胞在小鼠皮肤黑色素瘤的长期保护中的关键作用。 其他研究人员已经表明需要 T rm 细胞对抗粘膜部位的肿瘤,尽管 T rm 和 Tcm 细胞之间的相互作用在其他情况下可能至关重要 。 肿瘤内 CD103 + T rm 样细胞与改善预后和增强免疫治疗反应相关。 然而,Tcirm 细胞也与改善的结果有关。 Tcirm 和皮肤 T rm population共同构成了患有白斑病的黑色素瘤幸存者的持久免疫治疗反应的基础

在这里, 分析使用已建立的黑色素瘤长寿命免疫模型和相关自身免疫检查了 T rm 细胞对转移部位黑色素瘤免疫的贡献 。 T rm 和 Tcirm compartments均在整个淋巴和内脏转移部位产生,但与受 Tcirm 细胞有效保护的肺不同, RLN 中的肿瘤保护主要由转录上不同的 LN T rm 细胞群提供 。 这些研究表明, 肿瘤位置定义了保护性记忆反应的最佳特征,并表明 T rm 细胞是 LN 内癌症免疫的关键介质

为了研究 CD8 + T 细胞对转移部位肿瘤的反应, 利用已建立的手术后黑色素瘤相关白斑 (MAV) 小鼠模型 。 为了响应 B16 真皮肿瘤生长和用抗 CD4 治疗以消耗 Treg 细胞,小鼠打破了对黑素细胞分化抗原 gp100 和 TRP-2 的耐受性。 在手术切除原发肿瘤后,这些小鼠会发展为自身免疫性白癜风,这是维持 LN 和皮肤中针对 gp100 和 TRP-2 的记忆 CD8 + T 细胞反应所必需的 。 在患有 MAV 的小鼠中,黑色素瘤保护在dermis中持续存在,并防止肺部静脉注射 (iv) 再激发。 皮肤肿瘤保护由皮肤中的 T rm 细胞提供。 为了识别其他组织中的肿瘤抗原特异性 CD8 + T 细胞,在 MAV 诱导之前引入了 10 4 个初始 pmel 细胞的示踪population。 这些sentinel pmel 细胞反映了 MAV 小鼠的内源性 CD8 + T 细胞反应

在肿瘤切除当天评估启动,抗原经历 (CD44 hi ) pmel 细胞已经分布在整个组织中。 正如预期的那样,在皮肤中检测到最高的 pmel 比例。 然而,pmel 细胞也在肺、肝和淋巴结中大量积累。 四十五天后,整个组织中的记忆群仍然很明显。 在灌注的肺和肝脏中,体内 mAb 染色揭示了实质和血管相关 pmel 记忆群的存在。 相对于启动,脾、肺和肝脏的记忆反应收缩,尽管它们在 LN 中保持不变,并在自身免疫性皮肤中膨胀。 因此, 在存在皮肤局部自身免疫的情况下,在宿主淋巴组织和内脏器官中形成了强大的肿瘤特异性 T 细胞记忆

然后,使用 CD103 + CD69 + CD62L lo 皮肤 T rm 细胞作为参考population评估了记忆时组织定位的 pmel 细胞的表型。 虽然 CD103 和 CD69 在皮肤的 pmel 细胞上表达最强,但它们在 LN 中也高度表达。 脾脏、肺和肝脏中的 Pmel 细胞也表达 CD103 和 CD69,但水平低于皮肤或淋巴结。 CD62L 在所有组织中的 pmel 细胞中基本上不存在,证实该模型中不存在稳健的 Tcm compartment。 CD103 + CD69 + CD62L lo T rm 表型是 MAV 环境中 pmel 细胞所独有的,因为它与过继转移之前的幼稚 pmel 细胞不同,并且与在表达 gp100 的单纯疱疹病毒感染背景下产生的 pmel 记忆群不同 因此, 肿瘤特异性记忆 T 细胞在所有组织位置表达 T rm 标志物,尽管水平不同

为了识别不同位置的肿瘤特异性 T 细胞之间的差异,从不同组织中分选 pmel 细胞并通过bulk RNA-seq 进行分析 对组织间表达差异最大的转录物的分析揭示了组织特异性转录特征 。皮肤中的 Pmel 细胞表达最高水平的 Atf3、Zfp36 和 Fabp4/5,后者对于皮肤中的 T rm 代谢至关重要。另一方面,来自肺的 pmel 细胞表达 Gzma、Itgax (CD11c) 和 Fabp3。这与肝脏形成对比,肝脏中细胞表达 Fabp1 和 Fabp7,前者促进肝脏中的 T rm 细胞维持。来自 LN 的 pmel 细胞表达与 IL-7 信号(例如,Il7r、Stat5a 和 Bcl2)和 1 型 IFN 信号(例如,Stat1 和 Irf3)相关的转录本。在启动/效应时间点取自 LN 的效应 (Teff) pmel 细胞中未观察到这种特征,表明它是记忆所独有的。因此, 克隆相同的记忆 T 细胞群采用基于其占据组织的独特基因表达谱

为了更好地了解组织内记忆 T 细胞亚群的分化,关注与 T rm 、激活/效应子和 Tcirm 亚群相关的转录本 。对于 标记,初始 pmel 细胞或肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 为低转录本或缺失转录本提供了T rm 参考。正如预期的那样,来自皮肤的 pmel 细胞表现出 T rm 转录本的显著表达,因此缺乏大多数 Tcirm 转录本,而这些转录本由对照naive (CD44lo) pmel 细胞高度表达。皮肤 pmel 细胞也表达了高水平的激活/耗竭转录本,这些转录本在 TIL 中高度表达。这与来自脾脏的 pmel 细胞不同,后者表达较低水平的大多数 T rm 和激活/耗竭转录本,同时表达高水平的几种 Tcirm 转录本。另一方面,肺、肝和淋巴结中的 pmel 细胞通过已知特征不太清楚。尽管这些population中的每一个都表达了高水平的多个 T rm 标记,但它们同时表达了中等水平的激活/耗竭标记和中等或高水平的几个 Tcirm 转录本。因此, 即使在单个组织位置,肿瘤特异性记忆 T 细胞的异质population也存在于克隆一致的population中

为了最终确定单个组织中 T rm 和 Tcirm subset的存在,进行了共生研究。 含有记忆 pmel 示踪剂population的 MAV 供体小鼠与具有同类标记的 MAV 受体共生结合 14 天。 这足以建立血管吻合,在第 30 天时不会进一步增加。考虑到总 CD8 + T 细胞,初始 (CD44 lo ) 和记忆 (CD44 hi ) compartments的平衡在连体小鼠的脾脏、LN 和肺中都很明显。 尽管有大量的内源性 T rm population,但肝脏也达到了平衡。 皮肤 CD8 + T 细胞未能平衡,这与受白癜风影响的皮肤中存在 T rm 细胞一致。

正如预期的那样,专注于 Ag 特定的 pmel population,在皮肤中没有观察到平衡。 然而,脾脏中的 pmel 细胞完全平衡,表明它们的身份为 Tcirm,这与它们通过bulk RNA-seq 表达的组织出口分子一致。 相比之下,肺 pmel 细胞仅部分平衡,表明它们包含 Tcirm 和 T rm subset。 此外,再循环肺population的表型主要是 CD103loCD62Llo,与这些细胞是 Tem 一致。 受体小鼠肝脏中的 Pmel 种群小于供体,表明 Tcirm 细胞在肝脏中普遍存在,但不排除 T rm 亚群的存在。 总之,这些数据表明肿瘤特异性 T rm 和 Tcirm 细胞的组合占据了 MAV 小鼠的内脏器官

出乎意料的是,共生研究进一步揭示了 LN 中存在大量肿瘤特异性 T rm population 。大多数 pmel 细胞未能在腹股沟淋巴结中平衡,并保留在具有 CD103 hi CD62L low 表型的供体中。在 LN 中仅检测到少量再循环部分,其特征在于 CD103 lo CD62L hi/lo 表型。 LN T rm 种群随着时间的推移是稳定的,这表明即使在 30 天的共生之后也达到最小平衡。使用naive受体交替进行联体共生导致类似的结果, 表明受体小鼠的白斑病既不阻止也不促进 pmel T 细胞驻留或再循环 。所有引流皮肤的 LN 都含有 pmel T rm 群, 而肠系膜 LN 完全缺乏 pmel 细胞,这表明靠近皮肤可能对 LN 中的 T rm 建立很重要 。在引流先前肿瘤切除部位的 RLN 中观察到最大的population。在这里,大多数 pmel 细胞是 T rm ,但也有少量的再循环细胞群。 这些研究揭示了以前未被重视的肿瘤特异性 T rm 细胞群的存在,这些 T rm 细胞在 LN 中持久存在

为了更好地表征 T rm 和 Tcirm population的异质性,使用 10X 平台通过单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 分析从不同组织中分选的 pmel T 细胞。 Pmel 细胞根据它们的起源组织清晰地聚集在一起,除了一个包含来自所有组织的细胞的混合小cluster 。一般来说,scRNA-seq 的标记表达与流式细胞术和批量 RNA-seq 一致。正如预期的那样,来自皮肤的细胞表达 T rm 标记(例如,Itgae、Cd69、CXCR6 和 NR4A1)并且缺乏 Tcirm 标记(例如,Klf2 和 S1pr1)。根据 Stmn1、Mki67 和 Mcm3 等基因的表达推断,混合cluster包含增殖细胞。来自皮肤和肝脏的细胞各自形成单一的同质cluster。从皮肤中分离出的 pmel 细胞重新聚集几乎没有异质性,所有细胞都具有 T rm 特征,与它们的共生行为一致。然而,肝脏的重新聚类揭示了两个通过 Klf2 表达区分的cluster,表明肝脏中同时存在 Tcirm 和 T rm 亚群。

即使聚集在更大的数据集中,肺和淋巴结中的 Pmel T 细胞也是异质的 。 Lung 包含三个clusters,Lung_1 和 Lung_2 均表达 Tcirm 相关转录本 S1pr1 和 Klf2,以及高水平的 Gzma 和 Gzmb。 较小的 Lung_3 cluster表达 Bcl2、Bbc3、Pim2 和 Ddit3,类似于最近报道的肺气道 T rm 特征。 因此,与共生数据一致, 肺具有转录不同的 T rm 和 Tcirm populations 。 值得注意的是,肺和肝 Tcirm 样细胞群在转录上是不同的,这表明它们并不代表来自血液的污染物,而 是 Tcirm 细胞与组织相互作用到一定程度改变了它们的转录谱

LN 还包含三个cluster。 LN_1 是最小的,表达 Cd28、Klf2、Slamf6、Tcf7 和 Tox,但缺乏 Itgae,与循环 Tscm 样或祖细胞耗竭细胞一致。 相比之下,较大的 LN_2 和 LN_3 cluster具有高 Itgae 和 Cxcr6 以及低 Klf2 和 S1pr1,使它们与 LN Trm cluster对齐。 与皮肤 Trm 细胞不同,LN Trm 细胞缺乏 Nr4a1、Fos 和 Tnf,而是表达高 Il7r、Lta 和 Cxcr3。 有趣的是,LN_2 与 LN_3 仅通过与 1 型 IFN 信号相关的转录本的表达来区分,这与大量 RNA-seq 数据一致,并表明 LN_2 是暴露于 1 型 IFN 的 Trm 亚群。 因此,在 LN 中的肿瘤特异性记忆 T 细胞克隆群中存在转录异质性

为了识别组织中记忆clusters之间的转录相似性, 使用 Monocle 进行伪时间排序 populations形成了三个不同的分支,肺和肝在很大程度上重叠,与皮肤或 LN 不同 Based on distance and trajectories, the main LN Trm cluster (LN_3) appeared most similar to skin Trm cells, with the LN Tcirm cluster being more distinct 。 然而, 基于 RNA 速度分析,皮肤和 LN Trm populations之间不存在明显的分化关系。 因此,虽然 LN 和皮肤population共享多个特征,但 LN Trm 细胞是转录上不同的记忆populations

在先前肿瘤切除的 RLN 引流部位内更仔细地检查了肿瘤特异性 T 细胞的定位和表型特征 。 RLN 的免疫荧光显微镜显示 pmel T 细胞定位在 T 细胞区内,类似于naive和 Tcm 细胞。 然而,在包膜下窦中表达 CD169 的巨噬细胞附近的cluster中也观察到细胞,这与病毒感染模型中的 LN Trm 定位一致。 T 细胞区和包膜下窦内的 Pmel 种群表达 CD103,表明 Trm 种群在整个 LN 中的分布

基于测序和共生数据, LN Trm 细胞通过 CD103 表达与其 LN Tcirm 对应物区分开来 。 为了定义额外的表型特征,分析了表征来自 scRNA-seq 数据的 LN Trm cluster的标记的表面表达。 IL-7R (CD127)、CXCR6 和 CXCR3 的显著更高表面表达将 CD103 + Trm 细胞与 LN 中的 CD103- Tcirm 对应物区分开来。 为了解决这些亚群之间功能性的潜在差异,在 MAV 诱导之前,小鼠被过继转移了表达 IRES-eYFP IFNg 报告基因的 pmel 细胞。 引人注目的是,对未再刺激细胞的快速离体分析表明, 尽管 CD103 - Tcirm 亚群中明显不存在,但 IFNg 在 LN 中的 CD103 + Trm 细胞中的表达一致高 这些数据突出了 LN Trm 细胞作为表型和功能不同的肿瘤特异性 T 细胞群,准备在 LN 内发挥效应子功能

白癜风与转移性黑色素瘤患者的持久免疫治疗反应和良好预后密切相关 。因此,患有 MAV 的小鼠在真皮和肺中维持针对黑色素瘤再攻击的长期保护性免疫。 为了确定该模型中保护性记忆的完整程度,在原发肿瘤切除后至少 30 天,通过多种途径进行 B16 黑色素瘤再激发 。为了仅评估宿主内源性免疫,这些再攻击研究中未使用 pmel 细胞。除了表现出强大的 CD8 + T 细胞介导的对尾静脉再攻击的保护作用,尾静脉再攻击会在肺中产生类似转移的疾病,MAV 小鼠还通过门静脉途径获得显著保护,防止再攻击,门静脉途径在肝脏中播种黑色素瘤。此外,还针对在先前肿瘤生长部位直接注入 RLN 中的黑色素瘤细胞提供保护。与肺部一样,LN 中的肿瘤保护是由 CD8 + T 细胞介导的,并且在接种多达 50,000 个 B16 细胞后观察到。因此, 携带 MAV 的小鼠在内脏器官和 RLN 内持续对黑色素瘤提供广泛的保护

考虑到发现肺和 LN 都含有异质性的 Trm 和 Tcirm 细胞群 ,目前尚不清楚这些细胞群中的哪一个在每个位置介导了长寿命的保护性免疫。为了解决这个问题,将带有 MAV 的小鼠与幼稚的受体共生化,以使 Tcirm 平衡 14 天。然后在同一天通过手术将小鼠分开并单独重新攻击,通过尾静脉或直接进入 RLN 中的 B16 细胞。再次尝试后共生化供体和受体小鼠的肺对静脉注射表现出类似的抵抗力, 说明 Tcirm 细胞足以针对肺部转移样疾病的保护性免疫 。这也说明保护性 Tcirm populations可以有效地转移到没有白斑的受体。无论如何,在共生受体小鼠中不存在对 LN 再攻击的保护,这表明 RLN 中的肿瘤保护需要 Trm 细胞。因此, Tcirm 和 Trm 细胞共同为转移部位的黑色素瘤提供保护,LN Trm 细胞为 RLN 内的黑色素瘤生长提供了屏障

为了明确确定人类中 LN Trm populations的存在,对来自转移性疾病患者手术收获的黑色素主要参与的 LN 的 T 细胞进行了 scRNA-seq 和配对 scTCR-seq 。 对分选的人类 CD8 + T 细胞的分析揭示了四个转录cluster,其中一个 (HuLN_1) 表现出 Trm 细胞的显著特征。 此外,该样本中扩增最多的前五个克隆型富集在 Trm cluster中,表明这些人 LN Trm 细胞已经进行了克隆扩增。 这些结果共同证实了患者中 LN Trm populations的存在

研究 LN Trm 细胞在转移性黑色素瘤患者中的潜在预后意义,基于 pmel LN Trm cluster中相对于其他人群表达差异最大的基因产生了转录特征。生成皮肤-Trm 和肺-T CIRCM 特征用于比较。然后使用这些特征来推断来自癌症基因组图谱 (TCGA) 的黑色素瘤样本中记忆性 T 细胞的富集。评估 TCGA 中的所有黑色素瘤样本,所有三个特征都具有显著的预后价值。然而,当仅分析 RLN 转移性黑色素瘤标本时,LN-Trm 特征的富集提供了最强的预后益处,LN-T rm hi 患者的中位总生存期比具有其他特征的队列长至少 670 天。这种相关性在两个独立的黑色素瘤 RLN 转移数据集中得到证实,即使从特征中排除 CD8 + T 细胞特异性基因(Cd8a、Cd8b1、Cd3g、Cd3e 和 Trav7-4)也没有改变。此外,通过 Cox 多变量分析,LN Trm 特征的富集是转移性黑色素瘤标本中唯一重要的保护特征。 因此,Trm populations存在于黑色素瘤浸润的 LN 中,它们的转录特征独特地预测了患者的更好结果

产生持久的宿主范围抗癌免疫是该领域的基本目标 。 最近对患者进行免疫治疗的成功表明,这种结果是可能的, 但癌症会转移到不同的组织位置,并且 T 细胞必须能够进入、占据并在这些环境中发挥作用 。 本研究为支持这些功能的 T 细胞多样性提供了新的见解。 通过产生循环和组织驻留记忆subsets, 克隆相同的 CD8 + T 细胞群形成一个巨大的网络,赋予整个宿主保护性免疫 。 分析阐明了引流 LN 内肿瘤排斥的鲜为人知的现象,我们表明 Trm 细胞是早期转移的这个关键部位肿瘤免疫的主要介质。

我们的研究证明了结合表型分析、转录组学和体内功能分析的关键价值,以揭示离散记忆 T 细胞亚群的身份 。只有通过联体共生、流式细胞术和单细胞 RNA-seq 的组合,我们才能确定和有效地辨别记忆 T 细胞亚群的特性。尽管之前人们认识到 Trm 细胞根据组织位置采用独特的特征,但我们的研究揭示了这些精确的变化, 并表明它们可以由肿瘤特异性 T 细胞的克隆群产生 。单细胞转录组学揭示了宿主范围内抗肿瘤反应的异质性。肿瘤特异性 Trm 细胞在 LN 中形成了一个离散的记忆群,具有独特的转录特性。这些特性具有预后意义,例如它们具有预测具有 RLN 转移的黑色素瘤患者生存的卓越能力。由于先前对 LN Trm 反应的研究仅限于病毒感染的环境,我们在这里的工作显示了这种现象在肿瘤免疫和自身免疫中的重要方面。除了它们的 CD69 + CD62L lo 表型外,肿瘤特异性 LN Trm 细胞在高 Itga1 和 Xcl1 和低 Sell、S1pr1、Klf2 和 Nr4a1 的表达方面与病毒特异性 LN Trm 相似。 LN Trm population也由高 Itgae 和 Cxcr6 表达定义,这在 Beura 等人中未观察到。阿尔。但在来自 HIV 患者的 CD69 + LN Trm 细胞中很突出。

皮肤中克隆相同的 Trm 细胞与皮肤引流 LN 之间的关系仍有待辨别。虽然与皮肤 Trm 细胞共享许多特征,但 LN Trm 细胞缺乏 AP-1 家族、Nr4a 家族和 Fabp4/5 转录本的表达。相反,它们表达了高水平的 IL-7R(已知它支持记忆性 T 细胞维持)和 1 型 IFN 信号的标记物,后者可以通过增加 CD69 的表达来促进组织驻留。 作者之前的研究表明,LN 和皮肤中的记忆 T 细胞维持具有不同的特性,因为后者需要 CD103 表达,而前者不需要 。无论如何,目前的研究不排除 LN 和皮肤compartments之间通过逆行迁移的潜在通信,众所周知,逆行迁移在病毒感染模型中维持 LN Trm 种群。虽然我们没有观察到 LN Trm 细胞在结合 30 天后达到平衡,但在自身免疫过程中可能会在几个月内通过淋巴管实现更渐进的平衡。此外,LN Trm 细胞与 LN 中的小群 CD103-Tcirm 细胞共存,后者不产生 IFNg,并表现出更类似干细胞或祖细胞耗尽的状态。更好地了解 LN 和皮肤中这些肿瘤特异性区室之间的关系应该更好地了解我们对区域抗肿瘤免疫的理解。

根据先前的工作查看目前的研究,肿瘤抗原的性质可能是 LN Trm 生成的重要因素。我们之前表明 MAV 是形成针对 LN 中共享黑色素瘤/黑色素细胞抗原的记忆所必需的。虽然之前的工作没有根据 Trm 标记区分 LN population,但我们现在认识到这些依赖白斑的population是 Trm 细胞。相比之下,针对 B16 表达的 OVA(一种模型肿瘤特异性抗原)的 T 细胞在 LN 中发育成常规的 CD62Lhi 记忆 T 细胞。黑色素细胞抗原被 MAV 小鼠 LN 中的 T 细胞持续感知,并且可以维持 LN Trm 种群。 LN Trm population可能反过来使自身免疫性白癜风持续存在,尽管这仍有待探索。尽管慢性抗原暴露,CD8 + T 细胞可以抵抗自身免疫的衰竭。人们可能推测抗原指导 Trm 细胞在 LN 内的定位,因为 pmel Trm 细胞聚集在 SCS 中,其中抗原由 APC 交叉呈递 。值得注意的是,肿瘤抗原交叉呈递和早期转移性侵袭都发生在 SCS 内。将需要涉及自发转移小鼠模型的研究来证明 Trm 细胞可防止真正转移到 SCS。然而,我们发现 Trm 细胞驻留在这个空间表明它们在战略上定位这样做。

我们对初始抗原接触位点远端器官中持久黑色素瘤保护的鉴定改进和扩展了肿瘤特异性记忆 T 细胞反应作为组织受限的概念。 与 LN 相比,肺中的肿瘤保护是由该组织中的 Tcirm 细胞群介导的。 肺黑色素瘤保护中对 Tcirm 细胞的要求可能反映了肿瘤细胞引入该器官的机制,这是通过 Tcirm 细胞更普遍的静脉途径发生的。 由于肺 Trm 细胞通常占据气道,因此它们可能更适合针对原发性肺癌的免疫 。 联体共生与门静脉注射手术相结合的技术挑战排除了我们对肝脏中这种现象的研究,尽管我们可以推测 Tcirm population广泛介导了针对黑色素瘤转移到内脏器官的免疫。

生活很好,有你更好

不算很具体,骨髓的原始细胞分化成各类原始-幼稚-成熟的细胞,大部分都不是成熟的细胞。

主要的免疫细胞是淋巴细胞里面的T/B淋巴细胞和粒细胞-单核细胞等等。参与体内的

细胞免疫和体液免疫。产生免疫细胞的器官主要是:扁桃体、淋巴结、胸腺、脾、骨髓等。

其中T细胞只有在胸腺才能彻底分化成熟、具备功能

。其他的细胞也不完全是

在骨髓内成熟的。有各自的环境。主要提供免疫细胞细胞免疫,其次是产生免疫分子体液免疫

B细胞在骨髓内分化成熟,主要是产生免疫分子,参与体液免疫。

单细胞揭示人胎儿肝造血图谱

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