利用质谱流式技术深层次研究耗竭的T细胞
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发布时间：2024-10-21 17:38
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时间：2024-11-15 20:18
质谱流式技术在研究耗竭的T细胞中的应用
质谱流式技术（CyTOF）是一种在免疫学领域中进行单细胞蛋白表达深度分析的重要工具，允许对单个细胞进行多达40+ Marker的检测，对特定细胞类型，如耗竭的CD8+T细胞（TEX）进行表征显得尤为重要。TEX在慢性感染和癌症中积累，通过接受免疫检查点（如PD-1）介导的抑制性信号传导，形成具有有限效应器功能的细胞群体。与规范的T细胞亚群相比，如幼稚T细胞（TN）、效应T细胞（TEFF）和记忆T细胞（TEME），TEX在功能、转录组和表观基因组方面存在显著差异。然而，将TEX与TEFF和TMEM表型区分开往往具有挑战性，因为它们共享很多marker。
TEX亚群具有异质性，包括具有祖先-后代关系的TEX亚群，或具有不同程度的衰竭或稳态潜力的群体。这些亚群可能与疾病的进展直接相关。在慢性感染和癌症中，TEX亚群具有重要的临床意义，因为它们对抗病毒和检查点疗法的反应不同。因此，精确评估TEX需要高维分析，考虑到TEX与规范T细胞群体的差异以及TEX亚群的异质性。
质谱流式技术在癌症免疫治疗期间进行免疫监测，对提高T细胞免疫力具有重要意义。通过将TEX表型分析与功能剖析相结合，可以揭示人类TEX亚群在慢性感染和癌症中的作用。
耗竭T细胞的背景信息和主要观点
耗竭的T细胞（TEX）在慢性感染和癌症中发挥着关键作用。最初在慢性病毒感染中发现TEX，随后的研究强调了它们在持续感染和癌症中的积累。TEX的特点包括抑制性受体的共表达和T细胞抗病毒/抗肿瘤功能的降低。通过针对抑制性信号传导的干预，如干扰PD-1信号传导或其他免疫检查点，可以恢复TEX功能，有助于控制或消除疾病。因此，TEX被确定为接受检查点治疗的患者临床反应的主要相关因素。
基于TEX与效应T细胞（TEFF）的对比，长期认为TEX是一个被抑制的效应T细胞群体。然而，近年来的研究表明，TEX在信号诱导下进入一个独特的分化命运，与TEFF和TMEM在代谢组、转录组和表观基因组方面存在巨大变化。在许多增强T细胞功能的免疫肿瘤试验中，使用质谱流式检测技术对耗竭的T细胞进行表征具有特别重要的意义。
评估耗竭的T细胞的挑战
在慢性感染和癌症中进行抗原特异性T细胞的表征，对了解TEX的许多方面提供了许多见解。然而，没有抗原特异性先验知识的情况下，鉴定TEX仍具有挑战性。在人类疾病中进行免疫分型的主要障碍包括许多肿瘤抗原（尤其是新抗原）的未知性以及评估抗原特异性T细胞群的工具有限。此外，评估TEX与其他T细胞亚群（如TN、TEFF和TMEM）之间的表型区别的经典模型存在局限性。许多研究人员转向研究TEX中具有重要作用的抑制性受体，如PD-1和其他免疫检查点，以评估慢性感染和癌症中的耗竭T细胞。
利用质谱流式技术识别TEX的Marker选择策略
为了确定用于标记耗竭T细胞的合适marker，可以利用规范T细胞群和LCMV模型中耗竭T细胞出现的转录和表观基因组程序的差异作为特定的候选基因。通过这种方法，已鉴定出了一系列由表观基因组的TEX特定基因，包括在TEX中特异性上调的313个基因和在转录水平上被特异性抑制的182个基因。这些基因在LCMV感染模型中被预测为TEX的标记，并通过在其他鼠类和人类感染和癌症中的富集验证了单个基因。
TEX在单细胞或总体水平上的功能评估
功能障碍是耗竭T细胞的关键特征。TEX经常经历效应器功能的逐步丧失，包括IL-2产生能力受损、TNF表达能力下降以及IFN-γ表达能力的相对保留。研究人员经常使用细胞周期活性marker和增殖marker来评估TEX的细胞毒性能力、细胞周期活性以及增殖能力。通过结合使用质谱流式技术进行的全面的表型衰竭分析，能够可靠地将TEX与TEFF、TN和TMEM区别开来。
使用质谱流式鉴定临床相关的高维TEX表型
在质谱流式技术的panel中集成更多的耗竭marker带来了新的挑战。尽管在传统流式细胞研究中几乎没有TEX的标志物，但基于抑制性受体共表达的分析仍然有价值。生物信息学策略，如tSNE可视化和聚类识别方法（如SPADE、FlowSOM和PhenoGraph），有助于鉴定TEX异质性，并指出临床环境中的耗竭状况差异。tSNE和其他基于流形逼近的降维策略在提供耗竭状况的详细概述方面具有优势，但可能无法完全避免信息损失。
TEX异质性模型和连接到各个细胞亚群的关键marker
通过使用质谱流式技术进行高维分析，已经确定了与疾病相关的TEX细胞亚群。这些细胞表现出特定的marker表达，如PD-1、CD38以及低TCF-1和高表达Eomes和TOX的共表达。在慢性感染和癌症中，TEX细胞表现出保守的生物学特性，但存在特定差异，可能与蛋白翻译过程有关。不同疾病之间的TEX细胞亚群中，免疫调节分子的共表达模式有所不同，这表明联合免疫治疗的功效可能因TEX细胞亚群的组成而有所不同。
质谱流式对TEX分析：深入了解检查点治疗监测
TEX逐渐成为成功实施免疫检查点疗法的重要指标。在检查点疗法的临床试验中，对免疫谱的监测至关重要，特别是考虑到治疗性抗体与检测用抗体可能竞争同一表位。虽然存在一些挑战，质谱流式技术已经在多个研究中成功应用于对CD8+ T细胞的分析，特别是在恶性黑色素瘤和小细胞肺癌患者的临床试验中。TEX的恢复功能被认为是接受抗PD-1抗体检查点治疗的恶性黑色素瘤患者临床反应的关键因素。
总结与展望
传统的表型分析方法无法将TEX与TEFF和TMEM区分开来，这一直是长期存在的问题。高维度的质谱流式技术解决了这个问题，推进了TEX的表征。TEX marker的组合信息能够区分TEX与TEFF/TMEM，并为理解TEX的异质性提供了信息。质谱流式技术的优势在于能够将TEX的高维度表达谱与功能谱的数据整合在一起，使得人类疾病中检测TEX亚群的精细表征成为可能。TEX特征分析对于理解TEX细胞亚群在慢性感染、癌症甚至自身免疫中的变化至关重要，这将指导我们理解TEX细胞在这些条件下的作用。
