《SCIENCE ADVANCES》:CXCR5 identifies stem-like resident memory CD8? T cells enriched for latent EBV specificity in tonsils
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本研究針對慢性感染中CXCR5+CD8+T細胞功能屬性及組織分布不清的問題,通過高維流式細胞術和單細胞測序技術,揭示了其在人體扁桃體等淋巴組織中富集,并表現出組織駐留記憶(TRM)和干細胞樣特征,尤其富含針對EBV潛伏抗原的特異性。該發現為理解局部抗病毒免疫監視機制提供了新視角,對EBV相關疾病防治及疫苗設計具有重要意義。
在我們身體的免疫系統中,有一支精銳的“特種部隊”——記憶CD8+T細胞。它們像經驗豐富的哨兵,在初次遭遇病原體后長期駐守,隨時準備對再次入侵的敵人發起快速反擊。根據其巡邏路線和駐扎地點,這些細胞被分為不同的亞群:主要在淋巴組織(Lymphoid Tissues, LTs)間循環的中心記憶T細胞(TCM),巡邏于非淋巴組織(Non-lymphoid Tissues, NLTs)和血液中的效應記憶T細胞(TEM),以及長期固守在特定組織的組織駐留記憶T細胞(Tissue-resident Memory T cells, TRM)。其中,TRM細胞在皮膚、腸道、肺部等黏膜屏障處扮演著至關重要的第一道防線角色。
然而,在復雜的淋巴組織內部,特別是像扁桃體這樣的咽喉要道,記憶CD8+T細胞的具體分工和特性,尤其是它們如何應對那些擅長“潛伏”的病毒,仍有許多未解之謎。愛潑斯坦-巴爾病毒(Epstein-Barr virus, EBV)就是一個典型的例子。這種病毒通過唾液傳播,感染了全球絕大多數人口。它能在人體的B細胞中建立潛伏感染庫,而扁桃體正是其主要的“藏身之所”之一。機體雖然建立了針對EBV潛伏期和裂解期抗原的記憶CD8+T細胞應答,但以往的研究多基于血液樣本,這可能無法完全反映病毒潛伏基地——淋巴組織內的真實免疫狀況。
近年來,一種表達CXCR5(一種趨化因子受體)的CD8+T細胞亞群逐漸引起關注。CXCR5通常幫助CD4+T濾泡輔助細胞(TFH)定位到B細胞區輔助抗體產生。在慢性病毒感染(如小鼠的淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒、人類的HIV-1感染)模型中,CXCR5+CD8+T細胞顯示出對病毒復制控制的重要性,甚至表現出干細胞樣衰竭特征并對PD-1治療有反應。也有研究表明扁桃體中存在CXCR5+CD8+T細胞,并能幫助B細胞產生抗體。那么,這些駐扎在EBV“大本營”——扁桃體里的CXCR5+CD8+T細胞,是否就是負責長期監視、控制潛伏EBV的關鍵力量?它們具有怎樣的獨特稟賦?為了回答這些問題,研究人員開展了一項深入探索。
本研究發表在《科學進展》(SCIENCE ADVANCES)雜志上。為了全面描繪CXCR5+記憶CD8+T細胞在人體內的分布與功能,研究人員綜合利用了多種先進技術。他們首先通過流式細胞術分析了來自兩個獨立隊列(IHOPE器官捐獻者項目和TONCIM扁桃體切除項目)的多種組織樣本,包括扁桃體、血液、脾臟、淋巴結以及多個非淋巴組織(如肝、肺、皮膚)和腸道相關淋巴組織,以繪制CXCR5+記憶CD8+T細胞的解剖學分布圖譜。進而,他們采用高維單細胞技術,包括細胞索引轉錄本和表位測序(Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by Sequencing, CITE-seq)結合T細胞受體測序(T Cell Receptor Sequencing, TCR-seq),對匹配的血液和扁桃體來源的CXCR5+與CXCR5-記憶CD8+T細胞進行了深入的轉錄組、蛋白表達和克隆結構分析。此外,研究還利用HLA I類四聚體(HLA class I tetramer)技術,精準鑒定并表征了針對巨細胞病毒(Cytomegalovirus, CMV)、流感病毒(Influenza virus, Flu)以及EBV潛伏期和裂解期免疫顯性表位的病毒特異性記憶CD8+T細胞。最后,通過肽池刺激和細胞內因子染色等功能實驗,評估了不同亞群細胞的功能特性。
CXCR5+CD8+T細胞在扁桃體中富集
研究人員發現,CXCR5+記憶CD8+T細胞雖然存在于所有檢測的組織中,但其頻率在淋巴組織(如淋巴結、腸道相關淋巴組織)中高于非淋巴組織(如血液、脾臟、肝、肺、皮膚)。尤為突出的是,扁桃體 harbored(容納)了最高頻率的CXCR5+記憶CD8+T細胞。在匹配的血液和扁桃體樣本中,扁桃體內的CXCR5+細胞頻率顯著高于血液,并且這種富集現象在所有的記憶CD8+T細胞亞群(包括TSCM, TCM, TEM, TEMRA)中均存在,尤其在TEM亞群中最為明顯。扁桃體與血液中該細胞頻率呈正相關,表明其分布存在系統性關聯。
扁桃體局部的CXCR5+和CXCR5-記憶CD8+T細胞在轉錄上截然不同
通過單細胞測序分析,研究人員發現,血液來源的CXCR5+和CXCR5-記憶CD8+T細胞轉錄譜相似,而扁桃體來源的這兩群細胞則明顯分離,形成獨特的聚類。扁桃體CXCR5+細胞高表達CXCR5 mRNA和蛋白,驗證了分選策略。差異基因表達分析鑒定出8個主要細胞簇,揭示了不同的分化狀態和功能傾向。扁桃體CXCR5+記憶CD8+T細胞過表達與人類干細胞樣T細胞特征相關的基因(如TCF7),且其上調基因富集于T細胞受體信號、抗原加工以及EBV和CMV感染等通路。
扁桃體局部CXCR5+記憶CD8+T細胞表達富含Granzyme K的組織駐留特征
對比分析顯示,血液CXCR5+細胞過表達效應分子(如GZMB, GZMH)和遷出受體(如S1PR1),而扁桃體CXCR5+細胞則過表達記憶相關分子(如GZMK, TCF7)、淋巴歸巢受體(如CCR7)和粘附分子(如CRTAM)。在蛋白水平,扁桃體CXCR5+細胞更高表達組織駐留標志CD69和CD103,以及PD-1,呈現TEM/TRM表型(PD-1+CD38+CD62L-CD127-)。重要的是,扁桃體CXCR5+細胞顯著高表達Granzyme K(GzmK),而非Granzyme B(GzmB)。體外培養實驗進一步證實,扁桃體來源的CXCR5+細胞具有更低的HLA-DR和更高的CD49a、CD127、TCF1表達,表現出更早期分化和干細胞樣特性。克隆分析表明,最大的克隆擴增是血液和扁桃體共享的,且這些共享克隆在扁桃體CXCR5+細胞中更為富集,提示T細胞受體(TCR)驅動的生態位偏好。CXCR5+和CXCR5-細胞均表現出高度的TCR repertoire(受體庫)多樣性。
扁桃體局部CXCR5+記憶CD8+T細胞與病毒特異性相關
利用HLA I類四聚體技術,研究人員發現,針對CMV、EBV裂解抗原和流感病毒的特異性記憶CD8+T細胞在血液和扁桃體中頻率相似,而針對EBV潛伏抗原的特異性細胞則在扁桃體中顯著富集。病毒特異性細胞的表型特征主要取決于組織部位而非病毒特異性。無論抗原特異性如何,扁桃體局部的四聚體陽性細胞都更高表達CD39、CD69、CD103、CXCR3、CXCR5、CXCR6和HLA-DR等駐留和活化標志。在所有病毒特異性中,扁桃體CXCR5+細胞的頻率均高于血液。表型主成分分析(PCA)顯示,最大的差異存在于血液CXCR5-細胞和扁桃體CXCR5+細胞之間,驅動因素包括CCR5、CD39、CD69、CD103、CXCR3和HLA-DR的表達。在扁桃體內,病毒特異性CXCR5+細胞比CXCR5-細胞更高表達CCR5、CD27、CD38、CD69、CD95、CD103、CXCR3、HLA-DR、PD-1和TIGIT。
扁桃體中EBV特異性CXCR5+記憶CD8+T細胞呈現非細胞毒性的功能特征
功能實驗表明,針對EBV潛伏和裂解抗原的特異性應答在扁桃體中比在血液中更頻繁。在扁桃體中,響應抗原刺激的CXCR5+細胞頻率高于血液,這在CMV和EBV特異性中均成立。在功能上,無論是哪個部位或針對哪種病毒,CXCR5+細胞都傾向于更高表達CD107a(脫顆粒標志)和TNF(腫瘤壞死因子),但更低表達GzmB。值得注意的是,針對EBV潛伏抗原的CXCR5+細胞在血液和扁桃體中均更高表達IFN-γ(干擾素-γ),而針對EBV裂解抗原的CXCR5+細胞僅在扁桃體中更高表達IFN-γ。CXCR5+細胞比CXCR5-細胞更常表現為多功能性(同時產生多種細胞因子)。與扁桃體細胞相比,血液細胞總體上更具細胞毒性和多功能性。
扁桃體中EBV潛伏抗原特異性記憶CD8+T細胞呈現富含CXCR5表達的組織駐留表型
直接比較發現,在扁桃體中,針對EBV潛伏抗原的特異性細胞比針對裂解抗原的細胞更高頻率地表達CXCR5,并且更富集組織駐留標志CD69和CD103。具有組織駐留表型(CD69+CD103+)的扁桃體記憶CD8+T細胞,無論其EBV抗原特異性如何,都更高表達CXCR5。扁桃體潛伏抗原特異性CXCR5+細胞通常共表達早期分化標志CD27和駐留標志CD103。功能上,響應抗原刺激的潛伏抗原特異性CXCR5+細胞頻率高于裂解抗原特異性細胞。在扁桃體中,CD103+的EBV反應性細胞比CD103-細胞更高頻率地表達CXCR5。此外,扁桃體EBV反應性CXCR5+細胞比CXCR5-細胞更高表達CD103、PD-1、干細胞因子TCF-1和活化標志41BB。
結論與意義
本研究通過綜合運用高維技術,深入揭示了CXCR5+記憶CD8+T細胞在人體淋巴組織,尤其是扁桃體中的獨特分布、表型、功能和特異性。研究結論可歸納為以下幾點:首先,CXCR5+記憶CD8+T細胞主要定位于淋巴組織,扁桃體是其富集的核心區域。其次,扁桃體中的CXCR5+細胞表現出獨特的干細胞樣和組織駐留記憶(TRM)特征,高表達TCF7、CD69、CD103等分子,并富含Granzyme K而非具有強細胞毒性的Granzyme B,功能上偏向非細胞毒性、多細胞因子產生的輔助樣應答。第三,這些細胞與血液中的對應群體共享部分克隆,但具有獨特的轉錄譜和生態位偏好。第四,尤為重要的是,扁桃體CXCR5+記憶CD8+T細胞顯著富集針對EBV潛伏抗原(如EBNA3A, LMP2)的特異性,并與之相關的駐留/干細胞樣表型(如PD-1+TCF-1+)。
這項研究的意義重大。它首次在人體生理狀態下,系統描繪了扁桃體這一重要免疫器官中CXCR5+CD8+T細胞的全面特征,并將其功能狀態與特定的病毒抗原(EBV潛伏抗原)監視直接聯系起來。研究發現扁桃體中的CXCR5+CD8+T細胞匯聚了干細胞樣和組織駐留記憶的特性,這類似于在慢性感染和癌癥中描述的能維持耗竭T細胞應答并對免疫檢查點阻斷有反應的“干細胞樣”前體細胞。這表明扁桃體中的這群細胞可能作為一個長期存在的儲備庫,能夠在需要時(如EBV再激活)快速產生效應細胞,從而在病毒潛伏的“大本營”內實施高效且持久的免疫控制,同時避免過度的組織損傷。這一發現不僅深化了對局部抗病毒免疫,特別是對EBV這種重要病原體免疫監視機制的理解,而且為未來開發針對EBV相關疾病(如移植后淋巴增殖性疾病、某些淋巴瘤)的免疫治療策略(如基于T細胞的療法或疫苗)提供了新的靶點和思路。通過闡明組織微環境如何塑造T細胞的功能狀態,本研究也為優化T細胞療法以實現特定部位的有效性提供了重要見解。