Science子刊：單細胞RNA測序發現新免疫前體細胞，或為長效癌症疫苗鋪平道路
DNA和RNA測序技術的不斷進步，單細胞基因組測序及轉錄組測序等技術為許多涉足基因測序領域的科研人員提供了多種可選擇的技術手段。
2017年11月10日，來自博德研究所的研究團隊發布了首張高解析度的小腸上皮細胞基因表達圖譜，為研究炎性腸病、小腸癌等一系列腸道疾病提供了生物學參考。2017年11月22日，美國斯坦福大學駱利群教授等人，首次將單細胞RNA測序技術運用到果蠅的嗅覺神經研究，可以通過分析基因表達圖譜對神經細胞進行準確分類。2017年12月，張鵾教授團隊結合兩種新一代高通量單細胞核測序技術成功繪製了成年人腦第二代單細胞圖譜，不僅能利用轉錄組學分析鑒定不同功能的細胞類型，還能通過表觀遺傳特徵更好地描述這些表達譜是如何調節或維持的。
單細胞測序帶來新發現
不斷發展的基因組研究工具和單細胞分析技術正在改變我們對健康和疾病中人體免疫系統的理解。近日，來自La Jolla過敏與免疫研究所等機構的研究人員利用單細胞RNA測序技術對血液中的免疫細胞進行了測序，發現細胞毒性T細胞（CD4-CTL）來源於一部分稱為CD4-TEMRA的T細胞。相關研究結果於近日發表在Science Immunology期刊上。
CD4+輔助性T細胞在免疫反應中通常扮演著中間角色，有助於啟動其他免疫細胞。但在某些情況下，如在患有慢性病毒感染的人中，CD4輔助性T細胞將轉化為細胞毒性T細胞（CD4-CTL），CD4-CTL在幾種病毒感染中均起到保護作用，也被觀察到在保護抗腫瘤反應中發揮作用。然而人們對於CD4-CTL的生物學特性、功能特性和異質性還知之甚少。
研究人員從來自世界各地的健康成人捐獻者血樣中，分離提取外周血單核細胞，包括T細胞、B細胞、NK細胞和單核細胞，然後對分離出的9000多個CD4+T細胞進行了單細胞RNA測序，分析發現CD4-CTL來源於一部分稱為CD4-TEMRA的T細胞。
研究人員了解到，其中一些捐獻者曾經感染過登革熱病毒或人巨細胞病毒，而這兩種病毒都會對CD4-CTLs產生影響。所以，針對曾感染登革熱病毒的捐獻者，研究人員比較了CD45RA細胞（TEMRA）、效應記憶細胞（TEM）和中樞記憶細胞（TCM）中CD4+T細胞的全長轉錄組。
經分析發現，登革熱感染者的TEMRA細胞亞群中富含111個轉錄本，而這些轉錄本，如GZMB、SPON2和CX3CR1，與CD8+T淋巴細胞和自然殺傷細胞的細胞毒性能力有關，其他轉錄本如ZNF 683和Tbx 21，則編碼與CTL功能相關的轉錄因子，該研究結果證實了TEMRA細胞對CD4-CTL的富集作用。
通過比較單個細胞與大量細胞的T細胞抗原受體庫，研究人員發現，與TEM和TCM細胞相比，TEMRA細胞亞群擁有更大的克隆擴增。當比較不同人群的CD4-CTL的克隆和轉錄水平時，研究人員注意到CD4-TEMRA細胞具有高度異質性。
儘管如此，使用聚類軟體歸類後，研究人員發現CD4-TEMRA細胞可以分成四個亞群。通過分析比較各亞群的轉錄組，結果顯示其中兩個亞群1和2可能具有高細胞毒性的CD4-CTL效應物，而另外兩個亞組似乎是亞群1、2的記憶前體細胞。亞群1和2的特徵是高水平的KLRG1和低水平的IL-7R，而亞群3和4的特徵是低水平的KLRG1和高水平的IL-7R。通過對樣本的進一步縱向研究，也證實了這些前體細胞確實產生了CD4-CTL效應。
多種疾病疫苗設計新思路
該研究中，單細胞RNA測序技術為發現新的免疫前體細胞提供了技術支持，大大增加我們對免疫細胞的了解，同時該研究的新發現也拓寬了測序技術的應用方向。深入了解CD4-CTL前體細胞的起源和生物學特性，可以為產生持久、有效的CD4-CTL免疫機制提供參考，有助於人們找到提高疫苗免疫應答的方法。現在，加州的研究人員已經發現了CD4-CTL是如何生成的，從而為艾滋病、癌症以及丙肝等疾病的疫苗設計打開了大門。
作者寫道：「了解潛在長壽命的CD4-CTL前體的起源和生物學，可能為在預防病毒感染和癌症疫苗接種後，制定促進持久的CD4-CTL免疫應答的策略鋪平道路。」
參考資料：
1. Single-Cell Transcriptome Sequencing Uncovers New Immune Precursor Cell
2. Precursors of human CD4+ cytotoxic T lymphocytes identified by single-cell transcriptome analysis
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