三联单细胞图谱揭示了一种新的儿童CD8αα+ T细胞亚群和广泛的年龄相关的T细胞间分子重编程

背景

T细胞间室中与年龄相关的变化已有很好的描述。然而，目前单模或双模单细胞分析 (包括流式细胞术、RNA-seq (RNA测序)和CITE-seq (通过测序对转录组和表位进行细胞索引)的局限性限制了我们对更复杂的细胞和分子变化进行去褶化的能力。初始T细胞应答对于防御新出现的病毒感染和持久有效的疫苗应答至关重要；然而，健康儿童和成人之间T细胞变异导致的免疫差异尚不清楚。

简介

2023年10月16日，来自美国艾伦免疫学研究所的Zachary Thomson及其团队在Nat Immunol (IF: 30.5)杂志上发表名为Trimodal single-cell profiling reveals a novel pediatric CD8αα+ T cell subset and broad age-related molecular reprogramming across the T cell compartment的研究[1]。

主要结果    

不同年龄初始CD4+ T细胞的动态分子重编程

成人的初始CD4+ T细胞被认为相对抵抗衰老;然而，与所有其他T细胞亚群相比，我们观察到该亚群中最与年龄相关的表观遗传变化。这就引出了一个问题:与成人相比，儿童幼稚CD4+ T细胞是否可能由不同的亚群组成和/或表现出不同的分子程序。为了研究这些假设，我们使用ADT、RNA和ATAC数据的组合，基于三向加权最邻近 (3WNN)方法，对ADT定义的初始 (CD45RA+ C-C基序趋化因子受体7 (CCR7)+ CD27+) CD4+ T细胞 (99501个细胞)进行了无监督聚类 (图3a)。初始CD4+ T细胞的亚群包括真正的初始T细胞、干细胞记忆 (SCM)细胞和CD25-调节性T (Treg)细胞 (图3b,c)。CD4+ SCM细胞频率增加和CD25- Treg细胞频率降低。这些变化导致成人总体初始CD4+ T细胞区室增加了3.5%。真正初始CD4+ T细胞的频率在不同年龄间无显著变化 (图3d)。    

MNP-2细胞为记忆样效应反应作好准备

鉴于IL-21R在MNP-2细胞的高基础表达，我们通过儿童CD8+ T细胞的CITE-seq分析，研究了这一人群对IL-21刺激的功能能力 (图7a)，允许在刺激前和刺激后4小时同时询问初始、MNP-2和记忆CD8+ T细胞，以及MAIT和γδ T细胞 (图7b)。所有亚群均对IL-21刺激产生转录反应，包括上调细胞因子信号转导相关基因JAK3、STAT3和SOCS1 (图7c)。MNP-2和记忆亚群的基因表达模式与初始CD8+ T细胞不同，包括MNP-2细胞中BCL6的最高表达 (图7d,e)。MNP-2细胞的表型也不同于虚拟记忆细胞。与其他记忆T细胞群一样，MNP-2细胞在IL-21刺激下上调了细胞溶解分子PRF1 (图7e)，这表明在特异性IL-21丰富的组织环境中具有细胞毒性作用。    

接下来，我们比较了对直接TCR刺激和佛波12-肉豆蔻酸13-乙酸盐+离子霉素激活 (即T细胞对抗原的反应)的早期功能反应 (图8a,b)。4例供者的所有T细胞亚群CD69表达均上调，提示T细胞整体活化。MNP-2细胞表现出反映记忆性CD8+ T细胞的转录变化，与其他亚群相比，有一小组独特的TCR诱导基因 (图8c)。与初始细胞和记忆细胞不同，MNP-2细胞缺乏RNA代谢相关基因的上调。TCR刺激后，儿童记忆性CD8+ T细胞IFNG表达增加，而MNP-2细胞IFNG表达显著降低 (图8d)。IFNG表达受限不是由于这些细胞表现出耗竭 (即T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域包含蛋白3 (TIM3)，淋巴细胞活化基因3 (LAG-3)， EOMES，细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4))或衰老 (CD57，杀伤细胞凝集素样受体G1 (KLRG1)， CD85j)蛋白或RNA标签。然而，MNP-2细胞表面缺乏CD28共刺激受体的表达，因此不能响应由抗CD3 /抗CD28珠提供的共刺激信号，表明MNP-2细胞中存在差异TCR信号。    

结论及展望

本研究使用三模态分析TEA-seq (单细胞分析mRNA转录本，表面蛋白表位和染色质可及性)对健康儿童 (11-13岁)和老年人 (55-65岁)的300000个单个T细胞进行分析，结果显示T细胞亚群的分子编程随着年龄的增长而向更活化的基础状态转变。初始CD4+ T细胞，被认为相对抵抗衰老，表现出明显的转录和表观遗传重编程。此外，我们发现了一种新的CD8αα+ T细胞亚群，该亚群在表观遗传上具有快速效应反应，并具有独特的抑制、共刺激和组织归巢特性。总而言之，这些数据揭示了与年龄相关的T细胞区室变化的新见解，这些变化可能有助于不同的免疫应答。    

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41590-023-01641-8

参考文献

1.Thomson Zachary,He Ziyuan,Swanson Elliott et al. Trimodal single-cell profiling reveals a novel pediatric CD8αα T cell subset and broad age-related molecular reprogramming across the T cell compartment.[J] .Nat Immunol, 2023, 24: 1947-1959.    

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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