多组学 | 华西医院团队在Advanced Science发文：基于单细胞测序技术解析结核病相关的外周血T细胞免疫功能变化
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阅读： 2024/1/17 9:56:37
华西医院实验医学科应斌武教授团队近期在Advanced Science（IF：15.1）发表研究文章Single-Cell Sequencing Reveals Functional Alterations in Tuberculosis，研究利用单细胞转录组测序技术和单细胞表面抗体测序技术，揭示了结核病患者外周血中各类T细胞功能的特异性改变，进一步强调了免疫治疗对于抗结核治疗的价值。
结核病（TB）是由结核分枝杆菌（MTB）引起的全球重大传染病，是单一感染源导致死亡的主要原因。MTB感染过程涉及大量的宿主细胞与病原体的相互作用，如宿主细胞识别病原体相关分子模式（PAMP），MTB释放脂阿拉伯甘露聚糖抑制宿主细胞中吞噬溶酶体的成熟和酸化等。对宿主和MTB相互作用的探究使得研究人员进一步了解了结核病的发生发展机制。然而，在临床上，许多结核病患者出现了不同的临床症状、转归和预后，这种疾病表型间的差异提示了宿主和MTB相互作用的异质性。目前，已有研究提出宿主免疫细胞比例和细胞状态对于结核病的发生发展起决定性作用。而免疫细胞比例、状态等均与细胞功能密切相关。系统性探究结核病患者外周血免疫细胞功能变化对于解析疾病表型差异，实现结核病精准诊疗具有重要意义。
研究团队前瞻性招募4名初诊未治结核病患者和4名健康对照，对其外周血单个核细胞（PBMC）样本进行单细胞转录组测序技术和单细胞表面抗体测序，将23990个细胞进一步分为T细胞、髓系细胞、B细胞、NK细胞、血小板和增殖性细胞。对10371个T细胞进行二次降维聚类，将其分为9个亚型。在细胞比例方面，结核病组的免疫抑制性（CD4+调节性T细胞）和非免疫抑制性T细胞（其他T细胞亚型）的比例高于健康对照组。此外，研究分别纳入包含5个样本的独立单细胞测序数据集和包含80个样本的群体测序数据集，对上述结果进行验证，也得到了一致性结果。初步功能富集分析提示在结核病患者的T细胞中，炎症相关通路受到明显抑制。例如，有研究提示功能性CD4+ T细胞应答对于遏制感染期间CD8+ T细胞耗竭至关重要。研究中，结核病患者CD4+幼稚T细胞、CD4+调节性T细胞和CD4+记忆T细胞的IFN-γ应答能力显著受抑。而来源于结核病患者CD8+效应T细胞和CD8+效应记忆T细胞中耗竭相关基因LAG3表达显著增加，提示结核病患者的T细胞功能受损（图1）。
图1 结核病患者及健康对照者外周血T细胞免疫图谱
a. 细胞分群umap图；b. 气泡图显示各类T细胞的标记基因。以“pAbO”结尾的分子表示细胞表面抗体，其余为单细胞转录组测序结果；c. 南丁格尔玫瑰图显示两组间各类T细胞占比；d. 两组间免疫抑制性T细胞占比柱状图；e. ssGSEA对两组T细胞进行功能富集分析
为进一步明确T细胞功能受损情况，研究根据二次T细胞注释结果及高变基因，将9个亚型按照功能归为四类，分别为：幼稚细胞（CD4+ 幼稚T细胞和CD8+幼稚T细胞）、毒性细胞（CD4+效应T细胞、CD8+效应T细胞、CD8+效应记忆T细胞、MAIT细胞和NKT细胞）、调节细胞（CD4+调节T细胞）和记忆细胞（CD4+记忆T细胞）。在每类细胞中，研究选择高变基因作为代表基因、将代表基因及与其Spearman相关系数最高的前9个基因共同纳入功能评分系统中（表1）。相较于健康对照组，结核病患者的幼稚细胞具有较低的幼稚能力评分。在毒性和记忆能力评分中，也观测到类似现象。但在免疫调节能力评分中，两组调节细胞的得分未见明显差异。上述结果在两个独立验证队列中得到验证（图2）。
表1 T细胞分类情况及功能基因评分集
图2 结核病相关的外周血T细胞功能评分变化
(a-c) 基于发现队列，独立单细胞测序数据集和群体测序数据集的T细胞幼稚功能评分; (d-f) 基于发现队列，独立单细胞测序数据集和群体测序数据集的T细胞毒性功能评分; (g-i) 基于发现队列，独立单细胞测序数据集和群体测序数据集的T细胞调节功能评分；(j-l) 基于发现队列，独立单细胞测序数据集和群体测序数据集的T细胞记忆功能评分
研究发现结核病患者T细胞的免疫正向调节能力（幼稚、毒性和记忆能力）受抑，而免疫负向调节能力（调节能力）未出现明显改变。这一研究揭示了结核病患者T细胞功能变化的具体情况，强调了免疫治疗对于抗结核治疗的价值。
来源：四川大学华西医院
原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38192178/
转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号
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