科研最前沿 | 单细胞测序揭示急性感染中耗竭性T细胞前体的形成

发表期刊：Nature

影响因子：50.5

发表时间：2025年1月8日

研究疾病：急性感染与慢性感染中的T细胞耗竭现象

样本类型：小鼠脾脏样本

样本数量：无具体数量，有多个独立实验和重复实验

样本分组：急性LCMV Armstrong感染组、慢性LCMV clone-13感染组、VSV-N4(高亲和力配体)感染组、VSV-V4(低亲和力配体)感染组、PD-1KO感染组(用于探索PD-1信号的影响)、野生型小鼠感染组

应用技术：scRNA-seq，ATAC-seq，表观遗传分析，流式细胞术，基因敲除等

一、研究背景

T细胞耗竭（T cell exhaustion）是一种在慢性感染和肿瘤中常见的现象，表现为T细胞效应功能受限，包括细胞因子分泌能力的下降和杀伤目标细胞效率的降低。耗竭T细胞（exhausted T cells）的形成被认为是慢性感染或肿瘤特有的现象，T细胞耗竭前体（Tpex）仅在长期抗原暴露和持续炎症的条件下形成，这种复杂的免疫刺激条件被视为耗竭T细胞生成的必要因素。然而，目前对于Tpex是否能在急性感染的早期阶段预先形成未被充分挖掘。本研究通过单细胞测序、流式细胞术和表观遗传分析，揭示了急性感染中形成的T细胞群体的异质性，以及T细胞受体（TCR）信号强度和PD-1信号在调控这些耗竭前体细胞形成中的关键作用，并提供了开发新型免疫疗法的理论依据。

二、研究思路

三、研究结论

本研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和表观遗传分析，在急性感染的早期阶段发现了具有耗竭前体细胞特征的T细胞亚群（Tpex, precursors of exhausted T cells），例如高表达耗竭相关标志物PD-1和TOX，并且具有与慢性感染中Tpex类似的转录组和表观遗传特征。

实验结果表明，强TCR信号是Tpex形成的主要驱动力。在急性感染中，高亲和力的抗原刺激能够显著增加Tpex的比例。这表明，强TCR信号通过驱动特定转录因子（如TOX和NR4A1）的表达，促使T细胞向耗竭方向分化。这种机制在慢性感染中同样存在，但在急性感染中的发现表明TCR信号强度是Tpex生成的普适性关键因素。然而，PD-1通过与其配体的结合，抑制TCR驱动的转录程序，从而限制Tpex的形成，同时可能在急性感染中保护免疫系统免受过度活化的损伤。

进一步分析显示，在急性感染的早期阶段，Tpex与传统记忆前体细胞（Tmpc, memory precursor T cells）共存于异质性T细胞群体中，但随后走向不同的分化轨迹。在急性感染的早期阶段，Tpex数量相当可观，但随着感染被免疫系统清除，Tpex数量会进一步减少，但并未完全消失。这表明Tpex细胞的形成并不依赖于感染的持续时间或严重程度。无论感染结果如何， 都会预先形成Tpex细胞，免疫系统为可能的慢性感染或肿瘤免疫做好了准备。

四、研究意义

本研究挑战了T细胞耗竭的传统理解，即T细胞耗竭前体仅在慢性感染中形成。通过多种实验技术，揭示了在急性感染的早期就会预先形成这些Tpex前体，了解急性感染中Tpex前体的形成机制有助于开发新的免疫疗法，尤其是在癌症治疗和慢性感染的免疫调节方面。此外，强TCR信号和PD-1信号之间的动态平衡不仅决定了Tpex的生成数量，还影响了其功能特性。这一机制揭示了免疫系统对抗感染时的精细调控能力，为免疫逃逸机制和免疫治疗提供了新的视角。

五、百奥锐评

1.文章首次提出耗竭性T细胞前体在急性感染早期即已形成，挑战了传统认为耗竭性T细胞仅在慢性感染中形成的观点。这种假设的提出基于作者团队对T细胞分化过程的深入理解和观察。然而，研究主要聚焦于急性感染早期Tpex的预形成，但对于Tpex在感染不同阶段（急性感染后期及慢性感染）的动态变化及其与免疫应答结局的关联缺乏深入剖析，这部分科学问题仍值得后续探索。

2.文章采用多种病毒感染模型，以确保研究结果的可靠性和可重复性，还通过多个独立实验进行交叉验证，有效提升了实验结论的置信度。尽管小鼠模型在研究免疫应答中具有重要作用，但小鼠模型作为研究载体，其免疫应答机制与人类存在差异，因此研究结果可能无法完全反映人类情况。

3.研究主要依赖于已有的公开单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集进行分析，这些数据集的样本量、测序深度和实验条件可能存在差异，可能影响结果的准确性和可重复性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08451-4

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