浙大学者课题组解读：单细胞测序成功绘制人胸腺发育细胞图谱
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注：本文转载自LabInOne。以下文章来源于JC Front Immunol ，鲁林荣教授团队出品
鲁林荣 浙江大学求是特聘教授 ：
1993年毕业于中国科学技术大学分子生物学系, 获得学士学位。1993年保送中国科学院上海生物化学研究所研究生，师从中国科学院院士刘新垣和郑仲承教授。1998年7月毕业获得博士学位。1998-2001年在麻省理工学院健康科学与技术中心从事博士后研究。2001年开始在Dana-Farber肿瘤研究所跟随美国科学院院士Harvey Cantor从事免疫学研究工作。先后任哈佛医学院病理系及Dana-Farber肿瘤研究所助理研究员（Research Associate，2001-2004年），讲师 （Instructor，2005-2008）和研究员（Senior Research Scientist，2008.1-2008.9）。
2008年7月受聘于浙江大学医学院任免疫学研究所任教授，博士生导师。2014年被聘为浙江大学”求是特聘教授“，2015年起担任浙江大学-爱丁堡大学联合学院（ZJU-UoE Institute）副院长。在国际著名刊物如 Nature Immunology, Immunity, J. Exp. Med., PNAS和BLOOD 等杂志发表学术研究和综述论文四十余篇。2010年入选教育部新世纪人才，2013年获国家杰出青年基金资助，2014年入选科技部中青年科技创新领军人才, 2016年入选中组部万人计划，被聘为爱丁堡大学荣誉教授。现任中国细胞生物学会免疫细胞分会秘书长，CMI (Cellular and Molecular Immunology), AJCEI (American Journal of Clinical and Experimental Immunology)，Frontiers in Immunology 和《中国免疫学杂志》编委。
撰稿 | 崔则瑾
校审 | 鲁林荣教授
01
背景介绍
这篇文章由来自比利时根特大学Tom Taghon教授以及英国Muzlifah Haniffa和Sarah A. Teichmann教授三个研究团队合作完成。该研究利用了scRNA-seq的技术，成功绘制了人胸腺细胞发育的单细胞图谱，并重建T细胞分化轨迹和T细胞受体(TCR)重组动态途径。使我们对于人T细胞的发育过程有了更加直观清晰的认识。
胸腺在适应性免疫建立以及中枢免疫耐受形成中起到关键作用。从1961年Jacques F. A. P. Miller提出胸腺具有重要的免疫功能以及发现了T细胞开始，到现在过去了近60年，科学家们对于胸腺以及T细胞发育的研究一直在继续。以动物模型和人类外周血为研究材料，世界各国的研究者们逐步揭示了T细胞发育的过程以及其中的机制包括各个阶段T细胞不同亚型的分化，T细胞与胸腺内其他类型细胞的相互作用以及TCR重排的机制。但是几乎没有关于人类胸腺不同发育时期研究的全面数据。
02
主要发现
通过对人不同发育时期的胸腺进行单细胞RNAseq，确认了超过50种细胞类型，揭示了儿童到成人的过程中胸腺细胞种类的演化过程。
计算出人的T细胞从早期造血的胎肝祖细胞发育为多种成熟的T细胞类型的发展轨迹，利用这一轨迹，构建了转录因子驱动T细胞命运决定的框架。
在胸腺的非常规T细胞中，发现了CD8 T细胞的一个明显的亚群，该亚群以GNG4表达为标志，位于胸腺的髓周区。对比人和鼠的表达，在这些非常规的细胞中，表达基因十分不同。
确定了重组和多轮筛选形成的人类VDJ使用的强烈偏倚，包括对CD8+ T细胞的TCR V-J偏倚。
- 逻 辑 路 线 分 析 -
通过对15个产前胚胎以及9个出生后不同时期胸腺进行单细胞测序，作者发现在胸腺发育的各个时期中存在着40多种不同类型的细胞（fig1. C.D）。并且根据基因的表达发现了之前没有报道过的纤维母细胞Fb1,Fb2，以及胸腺上皮细胞TEC(myo)，TEC(nuro)并对利用smRNA技术对这些细胞在胸腺中进行定位(fig1. E.F)。最后将不同的细胞进行其在发育时的动态分析，得出T细胞的发育并不是孤立的而是和胸腺中其他细胞相辅相成(fig1. G)。
fig 1: 发育中的人类胸腺细胞组成，鉴定并定位了人胸腺中新型的纤维母细胞以及上皮细胞
将胚胎时期的肝脏与胸腺的单细胞测序数据进行对比，明确了ETP来源于肝脏(fig2. A.B)，验证了常规T细胞发育的过程，以及TCR重拍与细胞增殖之间的关系(fig2.C-F)。并且认识到胸腺发育的有序进行都是由不同的基因规律的按照时间顺序表达的结果(fig2.G)。最后作者将T细胞发育各个时期的标志分子与转录因子对应起来构建了胸腺发育转录因子的调节网络(fig2.I)。
fig.2 早期胸腺祖细胞(ETPs)的胸腺来源与T细胞分化轨迹
作者在研究中也发现了一些非常规的T细胞(fig3.A)并对其标志基因的表达也进行了鉴定(fig3.B)。并对于其中新发现的GNG4+CD8在胸腺中进行了定位(fig3.I)，并又通过分选验证了其研究的准确性(fig3.J)。
fig3. 胸腺中非常规T细胞的发育——鉴定出胸腺髓质中GNG4+ CD8 T细胞
作者发现胸腺中存在一群之前没有报道过的DC新亚型称为aDC，并且这类DC高表达趋化因子相关的基因(fig4.A.B)。通过结合CellphoneBD数据库，将DC以及TEC与分化的T细胞进行分析，阐明了胸腺发育过程中T细胞迁移的原理，并通过细胞定位验证其计算正确性(fig4.C-H)。
fig 4. 树突状细胞的招募和激活以进行胸腺细胞的选择
通过对于TCRVJ基因集进行的表达分析，表明TCR在重排时对于基因的片段是有偏好性的(fig5.A.B)。并且这种偏好性与基因所在的位置有关，即在VDJ重排时，越靠近的两个基因重排的几率越高(fig5.C.D)。作者为了进一步研究不同T细胞种类之间是否存在TCR库的差异，通过主成分分析表明CD8+T细胞与其他类型明显分离(fig5.E)，并且其VJ重排与其他细胞都有所不同(fig5.F)。
fig 5. 人类TCR库形成和选择存在固有的偏差
03
创新点
1
绘制出完整的胸腺地图
来自根特大学Tom Taghon实验室和炎症研究中心Yvan Saeys实验室的研究人员在绘制胸腺所有细胞图谱的过程中发挥了关键作用。这个单细胞转录组图谱包含超过250000个细胞。通过这个图谱让我们对于胸腺细胞的组成的了解更加全面。
2
发现新疗法的地图集
胸腺细胞图谱项目为新的临床应用和治疗奠定了坚实的基础。它还帮助科学家更好地了解影响T细胞发育的疾病，如严重联合免疫缺陷(SCID)和T细胞白血病。此外，所有胸腺细胞类型的知识将有助于研究人员可能产生再生医学人工胸腺。
04
可进一步拓展的研究
文章中对于胸腺微环境有了比较深刻的描述，揭示了胸腺中细胞类型的复杂性，同时也让我们对于胸腺基质细胞和先天免疫细胞之间的相互作用以及其协调胸腺发育以支持T细胞的分化的作用认识更加深刻。作者的研究可以用来增强体外培养系统以产生T细胞，并将影响未来的T细胞治疗工程策略。
根据作者们发现的TCR基因重排的偏差，可能对我们如何应对抗原刺激有着深远的影响。
您好 这个是鲁教授公众号解读的国外老师组的文献，不是浙大鲁教授组的工作，还请您修改一下标题，非常感谢~