研究背景
過繼性T細胞療法是指從腫瘤患者體內分離免疫活性細胞，在體外進行擴增和功能鑒定，然后向患者回輸，從而達到直接殺傷腫瘤或激發機體的免疫應答殺傷腫瘤細胞的目的。而人類T淋巴細胞是高度動態的。在許多變化中，最值得關注的是從na?ve T細胞狀態轉變為在環境暴露后獲得抗原經歷的記憶和效應T細胞。這些表型變化，包括T細胞耗竭和衰老的誘導，有可能對過繼性T細胞療法(ACT)的療效產生負面影響。因此在ACT治療中，確定譜系穩定的T細胞顯得尤為重要。
為了篩選更適用于ACT治療的T細胞亞群，來自佛羅里達大學醫學院的研究人員比較了來源 臍帶血（cord blood，CB）與來源于成人外周血（adult peripheral blood，APB）中分離的人類調節性T細胞（Tregs）的表型特征，通過單細胞層面（scRNA-seq 和流式細胞術）和組織層面（蛋白芯片和細胞因子檢測）對新鮮和離體擴增的 Treg 亞群進行了分析，這些數據都支持使用擴增后的臍帶血Treg 是治療自身免疫和炎癥疾病的潛在最佳免疫細胞治療方式。該項題為“Human Regulatory T Cells From Umbilical Cord Blood Display Increased Repertoire Diversity and Lineage Stability Relative to Adult Peripheral Blood”的研究發表在Frontiers in immunology上。
技術路線
1. scRNA-seq 識別APB Treg和CB Treg細胞群組成差異
單細胞分析將APB Treg和CB Treg劃分為6個細胞亞群，其中C01-C05細胞亞群聚集在一起，C06細胞亞群出現明顯的離群現象，這種離群現象在APB Treg中表現尤為明顯。表達譜分析結果同樣也表現出APB Treg和CB Treg的差異——Treg marker基因，FOXP3 和 IKZF2，在C01-C05細胞亞群中高表達，在C06細胞亞群中低表達，與 CB 相比，這些趨勢在 APB 中更為突出，因為 APB 中存在大量非Treg表型的污染物簇的表達。這些數據表明，與包含具有細胞毒性和促炎潛力的非 Treg TH1/17 污染物的 APB Treg 相比，CB Treg 轉錄組學譜作為譜系更同質。
單細胞轉錄組分析不同來源Treg細胞的細胞群組成差異
2. TCR-seq揭示CB Treg 免疫組庫高度多樣化
先前的研究表明，Treg細胞通常表現為TCR多樣性，本文將研究領域進一步擴充到對APB and CB Tregs的TCR多樣性探討，通過比較兩種細胞來源的TCR-α和TCR-β鏈上CDR3序列擴增多樣性，結果發現APB Treg相比于CB Treg的多樣性降低。并且，與源自 APB的Treg相比，CB Treg可能是組織移植的最佳選擇，因為CB Treg具有更多表達對自身抗原反應的 TCR 的克隆。
TCR分析 Treg 中的CDR3序列多樣性
3. 擴增后的 CB Treg 保留譜系穩定性
在過繼性 T 細胞療法（ACT）中實現臨床有效的 Treg 數量通常需要細胞擴增。此外，還要求Tregs 必須保持調節特性以及擴增后循環和激活的能力。作者利用微陣列表征在體外擴增14天的CB和APB衍生的Tregs和Tconv（conventional T cells）的轉錄組，CB Tregs的大量轉錄組分析支持它們的譜系穩定性和擴增后免疫抑制表型的保留。
來自擴增細胞的大量基因表達譜顯示來自CB的Tregs和Tconv的調節表型增加
4. 擴增后的CB Tregs表現出高度激活和免疫抑制的表型
接下來，作者通過流式細胞術和Luminex平臺檢測擴增后CB和APB衍生的Treg和Tconv的表型和細胞因子的產生。結果發現，無論來源（CB或APB）如何，擴增后的CB Treg與APB Treg以及擴增后的CB Tconv與APB Tconv的細胞因子產生和表型特征最相似，但確實觀察到APB Treg相對于CB Treg產生更多的IL-2。這可能由于APB Treg具有更多的非Treg污染物，Treg細胞的生長發育需要依賴更多的外源性IL-2。
從表型上看，作者發現CB Tregs比APB Treg更活化，且CB Treg 具有增強的免疫抑制能力，CB Treg可通過細胞外 ATP 轉化為腺苷和激活誘導細胞死亡，而不會屈服于 Treg 耗竭。
綜上所述，除了轉錄譜外，這些數據表明，與APB Treg相比，CB Treg保持了高度激活的狀態和免疫抑制表型。
擴增后的APB Treg和CB Treg的細胞因子表達譜
流式細胞術分析APB Treg和 CB Treg的激活和免疫抑制表型
小結
在細胞免疫治療時，Treg通過多種機制發揮其抑制功能。正是這種治療特性的組合引起了人們對利用Tregs在自身免疫或移植情況下建立長期耐受性的極大興趣。本文采用單細胞RNA測序(scRNA-seq) 和T細胞受體 (TCR) 分析來表征可用于ACT的CB和APB Treg群體。與APB相比，轉錄譜數據和TCR分析再次強化了CB中表型同質和譜系穩定的Treg群體的概念。這些研究對確定自體或同種異體ACT應用的最佳細胞來源具有重要意義。同時文章通過免疫因子檢測，確定了Treg細胞的生長發育依賴細胞因子IL-2，為后續臨床研究提供更夯實的理論基礎。
另一方面，免疫因子主要產生于各類免疫細胞，同時又能調控免疫細胞的發育、分化凋亡，從而形成了一套精密且復雜的免疫調控機制。為了對該復雜調控網絡進行更系統全面的研究，針對免疫的高通量組學手段——如本文用到的免疫因子組及單細胞轉錄組正被越來越多地用于系統免疫研究中。