研究背景
过继性T细胞疗法是指从肿瘤患者体内分离免疫活性细胞，在体外进行扩增和功能鉴定，然后向患者回输，从而达到直接杀伤肿瘤或激发机体的免疫应答杀伤肿瘤细胞的目的。而人类T淋巴细胞是高度动态的。在许多变化中，最值得关注的是从naïve T细胞状态转变为在环境暴露后获得抗原经历的记忆和效应T细胞。这些表型变化，包括T细胞耗竭和衰老的诱导，有可能对过继性T细胞疗法(ACT)的疗效产生负面影响。因此在ACT治疗中，确定谱系稳定的T细胞显得尤为重要。
为了筛选更适用于ACT治疗的T细胞亚群，来自佛罗里达大学医学院的研究人员比较了来源 脐带血（cord blood，CB）与来源于成人外周血（adult peripheral blood，APB）中分离的人类调节性T细胞（Tregs）的表型特征，通过单细胞层面（scRNA-seq 和流式细胞术）和组织层面（蛋白芯片和细胞因子检测）对新鲜和离体扩增的 Treg 亚群进行了分析，这些数据都支持使用扩增后的脐带血Treg 是治疗自身免疫和炎症疾病的潜在最佳免疫细胞治疗方式。该项题为“Human Regulatory T Cells From Umbilical Cord Blood Display Increased Repertoire Diversity and Lineage Stability Relative to Adult Peripheral Blood”的研究发表在Frontiers in immunology上。
技术路线
1. scRNA-seq 识别APB Treg和CB Treg细胞群组成差异
单细胞分析将APB Treg和CB Treg划分为6个细胞亚群，其中C01-C05细胞亚群聚集在一起，C06细胞亚群出现明显的离群现象，这种离群现象在APB Treg中表现尤为明显。表达谱分析结果同样也表现出APB Treg和CB Treg的差异——Treg marker基因，FOXP3 和 IKZF2，在C01-C05细胞亚群中高表达，在C06细胞亚群中低表达，与 CB 相比，这些趋势在 APB 中更为突出，因为 APB 中存在大量非Treg表型的污染物簇的表达。这些数据表明，与包含具有细胞毒性和促炎潜力的非 Treg TH1/17 污染物的 APB Treg 相比，CB Treg 转录组学谱作为谱系更同质。
单细胞转录组分析不同来源Treg细胞的细胞群组成差异
2. TCR-seq揭示CB Treg 免疫组库高度多样化
先前的研究表明，Treg细胞通常表现为TCR多样性，本文将研究领域进一步扩充到对APB and CB Tregs的TCR多样性探讨，通过比较两种细胞来源的TCR-α和TCR-β链上CDR3序列扩增多样性，结果发现APB Treg相比于CB Treg的多样性降低。并且，与源自 APB的Treg相比，CB Treg可能是组织移植的最佳选择，因为CB Treg具有更多表达对自身抗原反应的 TCR 的克隆。
TCR分析 Treg 中的CDR3序列多样性
3. 扩增后的 CB Treg 保留谱系稳定性
在过继性 T 细胞疗法（ACT）中实现临床有效的 Treg 数量通常需要细胞扩增。此外，还要求Tregs 必须保持调节特性以及扩增后循环和激活的能力。作者利用微阵列表征在体外扩增14天的CB和APB衍生的Tregs和Tconv（conventional T cells）的转录组，CB Tregs的大量转录组分析支持它们的谱系稳定性和扩增后免疫抑制表型的保留。
来自扩增细胞的大量基因表达谱显示来自CB的Tregs和Tconv的调节表型增加
4. 扩增后的CB Tregs表现出高度激活和免疫抑制的表型
接下来，作者通过流式细胞术和Luminex平台检测扩增后CB和APB衍生的Treg和Tconv的表型和细胞因子的产生。结果发现，无论来源（CB或APB）如何，扩增后的CB Treg与APB Treg以及扩增后的CB Tconv与APB Tconv的细胞因子产生和表型特征最相似，但确实观察到APB Treg相对于CB Treg产生更多的IL-2。这可能由于APB Treg具有更多的非Treg污染物，Treg细胞的生长发育需要依赖更多的外源性IL-2。
从表型上看，作者发现CB Tregs比APB Treg更活化，且CB Treg 具有增强的免疫抑制能力，CB Treg可通过细胞外 ATP 转化为腺苷和激活诱导细胞死亡，而不会屈服于 Treg 耗竭。
综上所述，除了转录谱外，这些数据表明，与APB Treg相比，CB Treg保持了高度激活的状态和免疫抑制表型。
扩增后的APB Treg和CB Treg的细胞因子表达谱
流式细胞术分析APB Treg和 CB Treg的激活和免疫抑制表型
小结
在细胞免疫治疗时，Treg通过多种机制发挥其抑制功能。正是这种治疗特性的组合引起了人们对利用Tregs在自身免疫或移植情况下建立长期耐受性的极大兴趣。本文采用单细胞RNA测序(scRNA-seq) 和T细胞受体 (TCR) 分析来表征可用于ACT的CB和APB Treg群体。与APB相比，转录谱数据和TCR分析再次强化了CB中表型同质和谱系稳定的Treg群体的概念。这些研究对确定自体或同种异体ACT应用的最佳细胞来源具有重要意义。同时文章通过免疫因子检测，确定了Treg细胞的生长发育依赖细胞因子IL-2，为后续临床研究提供更夯实的理论基础。
另一方面，免疫因子主要产生于各类免疫细胞，同时又能调控免疫细胞的发育、分化凋亡，从而形成了一套精密且复杂的免疫调控机制。为了对该复杂调控网络进行更系统全面的研究，针对免疫的高通量组学手段——如本文用到的免疫因子组及单细胞转录组正被越来越多地用于系统免疫研究中。