單細胞測序鑒定免疫反應的異質性

世界上沒有兩片相同的樹葉，對于多細胞生物而言，其細胞與細胞之間也存在著差異，且不同群體細胞間的差異不一。這種差異不僅體現(xiàn)在形態(tài)上，也體現(xiàn)在遺傳信息上，例如基因組信息、基因表達水平等。單細胞生物學是近幾年非常熱門的話題，在這一領域中，最值得一提是大規(guī)模單細胞測序（Single-cell sequencing）技術，能獨立地提供每個細胞的DNA或RNA表達譜，并鑒定異質細胞群中的稀有細胞。今天小編就給大家分享一篇近期發(fā)表在nature communications上面的關于單細胞測序在免疫方面應用的文獻。

技術路線：

研究成果：
1.TAK-003可產生強效持久的細胞免疫
流式細胞術評估了55個人在TAK-003免疫后第0、14、28、120天的T細胞活化程度，發(fā)現(xiàn)在接種后第28天時CD8+T活化(通過CD38 / HLA-DR上調評估)達到峰值,并在第120天返回基線水平。觀察到CD4+ T活化峰值為疫苗接種后第14天，但此時CD8 + T無產生IFN-γ功能。

2.鑒定抗原特異性CD8 +記憶T細胞
利用單細胞RNA測序跟蹤來自急性激活時間點和記憶時間的TAK-003反應性CD8 + T的克隆/收縮。IFN-γELISPOT分析TAK-003給藥后第120天的PBMC樣品，其表現(xiàn)出強偏向NS1（蛋白質非結構域）和NS3的記憶T細胞反應。NS1或NS2反應性記憶CD8 + T早期激活標志物CD25和CD69上調，流式細胞術分選CD8 + CD25 + CD69 + T，并進行單細胞RNA測序分析，疫苗接種后第120天NS1-和NS3-反應性記憶CD8 + T細胞表現(xiàn)出TCR克隆型多樣性。

3.TAK-003刺激的CD8 + T細胞的特征
評估CD8 + CD38 + HLA-DR + T細胞的表達譜，揭示四個統(tǒng)計學不同的群體。與效應CD8 + T相關的基因GZMA、GZMB和PRF1等顯著富集于Cluster1中，靜息和na?ve T相關的轉錄基因如CCR7、MAL和TCF7等在Cluster2、Cluster3中富集，與細胞代謝、增殖和細胞周期有關基因如TYMS，IDH2和GAPDH在Cluster1中富集。在接種120天后的1003個CD38 + HLA-DR + CD8 + T細胞中，14.5％的細胞表達NS1-和NS3-反應性記憶細胞的TCRs。表達克隆TCR的細胞優(yōu)先富集在Cluster1。

4. 活化多克隆T細胞調節(jié)細胞代謝
體外刺激，CD4 +和CD8 + T細胞顯示出激活標記分子上調，TCR刺激后TfR1和CD98的表達持續(xù)增，2-NBDG和BODIPY FLC16攝取增加。

5. 活化克隆T細胞調節(jié)細胞代謝
病毒 - 抗原刺激的CD8 + T的片段能觀察到顯著的供體 - 供體變異性，具有最豐富的CD8 + T活化響應于CMV肽刺激。除了上調CD69和CD25的表達，CD98 、TfR1的表達增加，對CD8 + T對BODIPY FLC16的攝取增加。 hCMV、腺病毒或流感內， （CD25 / CD69的上調與TfR1、CD98的表達或攝取 BODIPY FL-C16增加。有很大程度的相關性。

6.體內T細胞活化調節(jié)細胞代謝
TfR1 / CD98表達以及BODIPY FL-C16和2-NBDG攝取，用于鑒定體外抗原特異性激活的T細胞的功能表征。為確定這些標記是否可以用于剖析體內激活的疫苗反應性T細胞的功能異質性，比較了常規(guī)活化標記物CD38 / HLADR的表達和細胞攝取2-NBDG和BODIPY FL-C16的能力，和代謝轉運蛋白TfR1和CD98的上調。TAK-003給藥引起強效CD8 + T 應答，第28天達到峰值。與單細胞RNA測序表型一致，2-NBDG和BODIPY FL-C16攝取均顯著增加。HLA-DR陽性中CD8 + T上調表達TfR1和CD98。

7.TfR1表達與效應/記憶潛能相關
為研究TfR1在體內活化的CD8 + T細胞表面表達的差異是否可用于確定它們的效應/記憶潛力，利用單細胞RNA測序來評估TAK-003給藥14天后記憶前體CD8 + T克隆型的相對豐富。在接種TAK-003 14天后，分選出先前單細胞測序中使用的同一個體的TfR1 + HLA-DR + CD8 + T 并進行測序分析，117個人的TAK-003反應細胞具有80種獨特的TCR克隆，其中有31和24個NS1-和NS3-反應性記憶前體細胞。只有一部分CD38 + HLA-DR +CD8 + T在TAK-003刺激后14天表達TfR1， TfR1表達與細胞增殖標記（Ki67）、細胞溶解功能（Granzyme B）和效應/記憶譜系（EOMES）存在相關。

總結：
單細胞測序技術不僅應用于免疫相關研究，在腫瘤等各領域也應用廣泛，單細胞測序正在成為科研熱點。