在30-50%的同种异体造血细胞移植（allo-HCT）受者中，异种反应性T细胞识别受体抗原触发急性移植物抗宿主病（GVHD），主要攻击皮肤、胃肠道和肝脏。发生免疫激活的局部环境对GVHD的发病机制很重要，但由于从患者身上取样的难度限制，目前对GVHD T细胞生物学（特别是受累T细胞受体（TCR）库）的理解大都是来自动物模型、患者外周血的循环 T 细胞以及诊断性皮肤和胃肠道活检中收集的样本，仍缺乏关于在GVHD过程中持续存在于组织中的T细胞的数据。 发表于Science Translational Medicine上的一篇文章对此进行了研究，通过TCR测序揭示了小鼠和人类移植后T细胞库的组织特异性特征，从而提供了对GVHD病理机制的新见解。
发表期刊：Science Translational Medicine 发表日期：2023年7月 影响因子：19.343 研究方法：作者收集了一系列患有类固醇难治性GVHD的患者的尸检样本，包括食道、小肠和大肠的部分、肝脏、皮肤和淋巴结构（包括脾脏）等。同时，以来自非GVHD患者的尸检组织以及具有GVHD的移植小鼠的TCR库作为对照。所有样本提取DNA进行TCRβ链测序。 从快速尸检中取样的组织中鉴定T 细胞克隆 从7例allo-HCT受者（患者A-G；图1B-E）和3名非血液系统恶性肿瘤且未接受HCT的患者（患者H-J；图1B)尸检中采集样本，进行TCRβ链测序。同时，对来自GVHD小鼠模型的组织进行了测序（图1F）。各样本中测到的独特克隆数量及克隆性指数如图1所示。
图1 解剖学相似的组织TCR库overlap更多 作者通过Jensen-Shannon divergence（JSD）指标量化组织之间的组库overlap，检查了每个患者体内T细胞库在解剖结构上的相似性，值越低代表共享程度越高。例如，对患者D的15个样本进行成对比较，发现大小肠样本之间的TCR库共享最多（图2A深紫色区域).皮肤与大多数胃肠道样本共享程度低（黄色至绿色）。图2B三张图分别展示了患者D大肠不同节段之间、大肠与皮肤之间、大肠与小肠之间的JSD值，大肠不同节段的共享最多，其次是大肠与小肠的共享。 通过公共基因表达谱（GTEx）对正常人体组织进行聚类，也证实了基于解剖关系的类似聚类模式（图2C）。从JSD距离构建的树状图可以发现在GVHD患者中，具有更相似的TCR库的组织聚集在一起（图2D）。例如大肠段（升结肠、横结肠、降结肠和直肠）聚集在一起，小肠段（十二指肠、空肠、回肠）聚集在一起，脾脏和PBMC不倾向于与胃肠道组织聚集。说明解剖学相似组织之间的TCR库也更相似。
图2 高度扩增的克隆（TOP克隆）是否在组织之间共享呢？作者对每个患者每个组织中的TOP10克隆进行子采样（图3A）。以患者F为例，其升结肠中的TOP克隆也是回肠中的TOP克隆，并且存在于其他几个组织中，包括皮肤中，但它并不是所有组织中最丰富（TOP1）的克隆(图3B)。不论是GVHD患者还是非GVHD患者，均存在这种现象-一些TOP克隆在组织之间共享，尤其是胃肠道样本。如图3C-D所示小肠样本中TOP10克隆。 也就是说，一些TOP克隆并不是某个组织所特有的，在组织间共享，但在所有组织中没有识别出完全相同的TOP克隆。这表明一些T细胞可能更具组织特异性，而另一些T细胞则具有更广泛的分布。 对于移植患者，同种异体移植物本身中的高度丰富的供体克隆持续存在于受体组织中（图3E-F）。有四名患者具有可用的死后血液样本，追踪血液样本中的TOP克隆发现，在循环中确实检测到组织中的一些（但不是全部）显著性克隆（图3G）。说明外周血样本不能完全代表组织驻留的T细胞，凸显了循环中的T细胞群与受GVHD影响的组织中的T细胞群之间的差异。
图3 GVHD患者中存在HLA单倍型的广泛分享，因此作者探索了患者之间的TCR共享情况。在GVHD患者之间共享的克隆很少（图4A），与HLA等位基因共享的程度无关（Pearson’s R=0.11，p= 0.6）。 然后作者采用一种已发表的算法评估TCRs在不同患者的相似组织中是否存在共同特征，该算法可识别可能具有抗原特异性的不同TCR中的氨基酸模式，揭示患者之间共享的TCR基序组（GLIPH组）。然后发现来自不同患者的胃肠道样本存在中等水平GLIPH组共享（图4B深蓝色方块区域），GVHD患者和非GVHD的共享程度大致相当。 为了量化采样深度差异很大的样本之间的GLIPH组共享，作者定义了一个标准化的重叠评分（图4C）。然后应用重叠评分估计患者组织之间GLIPH组共享的程度。发现胃肠道部位共享程度最高（图4D，深棕色区域），肝脏和脾脏也有共享，皮肤离其他组织最远。综上，这些发现说明在患者（包括GVHD患者和非GVHD患者）的特定组织中存在共同的TCR基序。
图4 作者试图描述组织中的T细胞的表型（图5A-C），重点研究了患者D的六个组织。分析显示，胃肠道组织中平均有51%的CD8阴性T细胞和42%的CD8+T细胞表达CD69（图5D），而在皮肤中发现的CD69阳性细胞比例较小。作者评估了与实质结构（隐窝/绒毛）的距离与CD69表达的关系，发现CD69组织驻留T细胞的频率更高，更接近胃肠道组织中的实质细胞。因此作者推断，测序的TCR大多数来自组织驻留T细胞，而不是循环T细胞在固定组织时刚好从中穿过。 然后作者评估了两名GVHD患者的皮肤和胃肠道中的组织T细胞嵌合体。通过FISH嵌合体分析发现，大多数T细胞来自供体（两名患者均90%以上）。也存在很少的宿主T细胞（图5E）。单核 RNA-seq谱产生的X染色体和Y染色体基因的转录丰度进一步证实了患者D中造血细胞来源于供体（图5F）。
图5 以上发现在GVHD小鼠模型中得到验证。与人类样本一样，在移植后第7天和第14天，小鼠解剖学相似的组织之间有更多的TCR库overlap（图6A）。与非胃肠道样本相比，胃肠道样本之间的相似性明显更高。此外，TOP1克隆在所有组织中不相同，包括胃肠道的不同节段之间、动物之间都存在差异（图6B-C）。供体移植物中的T细胞共享克隆比较多（图6D）。图6E显示了相似解剖组织的聚集，与移植后第14天相比，第7天的胃肠道组织TCR库相似程度更高。
图6 TCR库之间的overlap模式使得可以通过解剖学相似性对组织进行聚类，胃肠道的不同部位之间TCR库相似性最高。移植后检测到的大多数T细胞是供体来源的，少数克隆可能是持续存在的宿主细胞。在同一患者的多个GVHD部位组织中未观察到一致的显著性克隆，说明GVHD可能在每个局部组织中独立出现。 在GVHD患者和对照组中都观察到解剖学相似的组织中TCR库的相似性，而引发GVHD的T细胞要么是移植物内的成熟T细胞，要么是从造血干细胞重新分化的T细胞，新重组的免疫系统重新建立了组织区域化，表明这是组织中T细胞库的一个基本特征。 参考文献：DeWolf S, Elhanati Y, Nichols K, et,al. Tissue-specific features of the T cell repertoire after allogeneic hematopoietic cell transplantation in human and mouse. Sci Transl Med. 2023 Jul 26;15(706):eabq0476. 杭州艾沐蒽生物科技有限公司成立于2016年，是国际前沿的专注于免疫驱动医学技术的国家高新技术企业。创始人团队来自美国芝加哥大学，在2010年开始使用免疫组基因高通量测序技术开展各种疾病相关研究，于2016年通过自主研发，全国首家推出NGS-MRD血液肿瘤微小残留病（MRD）检测Seq-MRD®，并授权泛生子（纳斯达克代码：GTH）使用。同时，公司拥有Immun-Traq®肿瘤治疗伴随诊断、Immun-Cheq® |T细胞免疫测评以及ImmuHub®免疫组测序科研服务产品，并布局有基于AI机器学习算法的T-classifier®肿瘤早筛、单细胞测序、TCR-T和抗体发现等平台管线。目前为止发表了数十篇论文，其中包括：Nature(IF:65), Signal Transduction and Targeted Therapy(IF:40), Cellular and Molecular Immunology(IF:24), Nature Communications (IF:17)等多篇高分杂志。公司构建几十项发明专利和软件著作权为核心的自主知识产权体系，为医院临床、生命科学研究、新药开发等提供解决方案和产品。艾沐蒽专注于通过解码适应性免疫系统来改变疾病的诊断和治疗，并致力于推进免疫驱动医学领域发展。