2019年11月19日

该技术可以识别特定过敏或感染的T细胞

当你的免疫系统接触到疫苗、过敏原或传染性微生物时，能够识别外来入侵者的T细胞亚群就会立即行动起来。这些T细胞中的一些被启动来杀死受感染的细胞，而另一些则作为记忆细胞在全身循环，以防入侵者再次出现。

麻省理工学院的研究人员现在设计了一种方法来识别共享特定目标的T细胞，这是高通量单细胞RNA测序过程的一部分。这种分析可以通过确定T细胞在特定时间打开哪些基因来揭示它们的独特功能。在一项新的研究中，研究人员利用这项技术鉴定了产生花生过敏患者炎症的T细胞。

在目前正在进行的工作中，研究人员正在使用这种方法来研究患者的T细胞对口服免疫治疗花生过敏的反应，这可能有助于他们确定这种疗法是否对特定患者有效。这些研究还可以帮助指导研究人员开发和测试新的治疗方法。

“食物过敏影响了大约5%的人口，除了避免食物过敏之外，并没有明确的临床干预措施，这可能会给家庭和患者本身带来很大的压力，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所成员、雷蒙德a .和海伦E.圣罗兰化学工程教授J.克里斯托弗·洛夫说。“了解驱动这些反应的潜在生物学因素仍然是一个非常关键的问题。”

勒夫和Alex K. Shalek是麻省理工学院辉瑞-劳巴赫职业发展副教授，化学副教授，麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)的核心成员，以及科赫研究所的外部成员，是这项研究的资深作者，该研究发表在今天的《科学》杂志上自然免疫学．这篇论文的主要作者是研究生Ang Andy Tu和前博士后Todd Gierahn。

提取信息

研究人员的新方法建立在他们之前工作的基础上，开发了对大量细胞快速执行单细胞RNA测序的技术。通过对信使RNA进行测序，科学家可以发现哪些基因在特定时间被表达，从而深入了解单个细胞的功能。

进行RNA测序免疫细胞因为T细胞在免疫反应中有很多不同的作用。然而，之前的测序研究无法确定对特定目标或抗原有反应的T细胞群体，这是由T细胞受体(TCR)的序列决定的。这是因为单细胞RNA测序通常只标记和测序每个RNA分子的一端，而T细胞受体基因的大部分变异都是在分子的另一端发现的，这是无法测序的。

“很长一段时间以来，人们一直在用这种方法描述T细胞及其转录组，但没有关于细胞实际具有哪种T细胞受体的信息，”屠说。“当这个项目开始时，我们在考虑如何从这些库中恢复这些信息，而不影响这些数据集的单细胞分辨率，并且不需要我们大幅度改变测序工作流程和平台。”

在单个T细胞中，编码T细胞受体的RNA占细胞总RNA的比例不到1%，因此麻省理工学院的研究小组想出了一种方法来放大这些特定的RNA分子，然后将它们从总样本中提取出来，这样就可以对它们进行完全测序。每个RNA分子都被标记上条形码，以揭示它来自哪个细胞，因此研究人员可以将T细胞的目标与它们的RNA表达模式相匹配。这使他们能够确定哪些基因在针对特定抗原的T细胞群中是活跃的。

“为了把T细胞的功能放在上下文中，你必须了解它们试图识别的是什么，”Shalek说。“这种方法可以让你使用现有的单细胞RNA测序文库，并提取你可能想要描述的相关序列。从本质上讲，这种方法是一种直接的策略，可以提取隐藏在全基因组表达分析数据中的一些信息。”

研究人员说，这种技术的另一个优点是它不需要昂贵的化学品，依赖于许多实验室已经拥有的设备，并且可以应用于许多以前处理过的样品。

分析过敏

在自然免疫学论文中，研究人员证明，他们可以使用这种技术，在小鼠接种了人类乳头瘤病毒疫苗后，挑选出对该病毒有活性的小鼠T细胞。他们发现，尽管所有这些T细胞都对病毒有反应，但这些细胞有不同的TCRs，似乎处于不同的发育阶段——一些非常活跃地杀死了受感染的细胞，而另一些则专注于生长和分裂。

然后，研究人员分析了从四名花生过敏患者身上提取的T细胞。在将细胞暴露于花生过敏原后，他们能够识别出对这些过敏原有活性的T细胞。他们还显示了T细胞的哪些亚群是最活跃的，并发现一些亚群正在产生通常与过敏反应有关的炎症细胞因子。

“我们现在可以开始对数据进行分层，以揭示哪些是最重要的细胞，这是我们以前仅通过RNA测序无法识别的，”屠说。

勒夫的实验室现在正在与马萨诸塞州总医院的研究人员合作，使用这种技术来跟踪接受口服免疫治疗的人的免疫反应花生过敏-一种涉及消耗少量过敏原的技术，允许免疫系统建立对它的耐受力。