单细胞测序揭示溃疡性结肠炎中CD8+ T细胞图谱

研究背景

研究人员首先利用sc-RNA 测序技术，对3名健康志愿者及3名UC患者进行检测（图1a），共获得8581个单细胞表达数据，鉴定了14个CD8+ T细胞亚群（图1b），并检测了不同T细胞亚群中特异性基因表达情况（图1c，d）。利用GO分析，进一步研究不同亚群特异性基因表达特征（图1e），发现IL-17通路在DP和IL26+细胞中具有局部活性；同样，IEL簇和一些IL26+细胞被高度富集以促进自然杀伤(NK)途径（图1f）。

接下来作者比较了UC患者和健康供体中发生明显变化的细胞类型（图2a），并且在不同亚群中，共鉴定了997个差异表达的基因，上调基因的GO分析突出了差异基因主要集中于I型和II型干扰素反应、T细胞激活、细胞因子产生、细胞杀伤和上调先天免疫应答等途径（图2b，c）。进一步根据不同细胞群对结肠内IBD基因易感性位点进行全基因组关联分析（GWAS），发现在IELs和IL26+细胞中，整体基因富集程度最高（图2d）。

由于CD8+ T细胞可能通过与结肠上皮细胞的直接相互作用导致UC组织损伤，作者探索了在健康和UC中T细胞和上皮细胞的细胞通讯分析，在健康样本中，成对CD8+和上皮亚群之间存在15~51个相互作用，在UC中存在1480个相互作用（图2e）,说明UC改变了上皮细胞和CD8+亚群之间的串扰作用。

对UC患者细胞进行基因共表达分析，对每个细胞中与转录因子顺式调控基序和富集的基因模块的活性进行评分，鉴定出273条转录因子活性相关回路（图3a），作者观察了一组模块，包括EGR1和EGR2，其活性定位于TRM细胞和GZMK+效应物之间，说明了一个独特的T细胞过渡状态的存在。对T细胞亚群进行拟时序分析，发现了从初始幼稚样细胞到记忆、TRM、GZMK+效应物以及最终到IL26+细胞的线性轨迹发展过程，并鉴定了相关基因变化特征(图3b-e)。

接下来，作者进一步利用单细胞TCR测序，阐明亚型之间的谱系和克隆动态变化关系，naive、MAIT和DP  T细胞群体表现出高度多样化的克隆结构，大多数细胞表达独特的TCR CDR3序列对（图3f）。健康供体中，TRM-like 细胞具有较高的T细胞克隆，而UC患者中T细胞克隆在IL26+细胞中显著富集，与拟时序分析结果基本一致（图3g）。在3835种独特克隆型中，总共有320种发生在一种以上的集群中(图3h)，进一步揭示了UC中单个TCR克隆在T细胞中的状态转化过程。

为了验证UC患者CD8  T细胞在蛋白水平的异质性，进一步对7名UC患者及5例健康样本9062个CD8  T细胞使用CITE-seq进行检测（图4a），和初始sc-RNA测序结果具有高度重复性（图4b-d）。利用14个蛋白组合，进一步判断不同T细胞亚群中各自表达特征，CD45RO、CD103、CD69和CCR7的组合描绘了从初始CD8+ T细胞和效应体CD8+ T细胞中产生IL26+和CD4+/CD8+ DP细胞群，证实了之前对这些细胞群转化过程（图4e-g）。最后，作者通过酶联免疫吸附试验(ELISA)证实了UC结肠CD8+ T细胞中IL-26的增加。

作者进一步使用人源化IL-26转基因(hIL-26Tg)小鼠模型来评估IL-26是否会影响急性结肠炎的严重程度。正常条件下，hIL-26Tg和野生型小鼠（WT）无明显差异。但是在葡聚糖硫酸钠（DSS）处理后，WT小鼠炎症水平升高，IL-26基因表达水平在转基因小鼠中含量明显升高（图5a，b），hIL-26Tg小鼠在同时给予抗IL-26单抗后，DSS的炎症作用得以恢复（图5c，d），说明IL-26在炎症急性期具有潜在的保护作用。