麻省理工學院：識別引發某些過敏或感染的T細胞

麻省理工學院的研究人員開發了一種分離與不同靶標結合的T細胞，并對其RNA進行測序的方法。

當您的免疫系統接觸疫苗，過敏原或傳染性微生物時，可以識別外來入侵者的T細胞子集就會起作用。這些T細胞中的一些被灌注以殺死被感染的細胞，而另一些則充當在全身循環的記憶細胞，以防萬一入侵者再次出現。

麻省理工學院的研究人員現在已經設計出一種方法，用于鑒定具有特定靶標的T細胞，成為高通量單細胞RNA測序的過程的一部分。這種方法可以揭示T細胞的獨特功能，以確定它們在給定時間打開哪些基因。在一項新研究中，研究人員使用該技術來鑒定產生花生過敏患者中可見的炎癥的T細胞。

研究人員正在使用這種方法來研究患者的T細胞對口服花生米過敏性免疫療法的反應，這可以幫助他們確定該療法是否對特定患者有效。此類研究還可以幫助指導研究人員開發和測試新療法。

雷蒙德·A·克里斯托弗·洛夫(J. Christopher Love)和海倫·圣·洛朗(Helen E. St. Laurent)化學工程教授，也是麻省理工學院科赫綜合癌癥研究所的成員談到，“食物過敏癥影響了大約5%的人口，除避免飲食外，沒有真正的明確臨床干預措施，這可能給家庭和患者本身造成很大的壓力，了解引起這些反應的根本生物學是一個非常關鍵的問題。”

提取信息

研究人員的新方法建立在他們先前開發的技術之上，該技術可以在大量細胞上快速執行單細胞RNA測序。通過對信使RNA進行測序，科學家可以發現在給定時間表達的基因，從而使他們洞悉單個細胞的功能。

在T細胞等免疫細胞上進行RNA測序非常令人感興趣，因為T細胞在免疫反應中具有許多不同的作用。但是，以前的測序研究無法確定對特定靶標或抗原有反應的T細胞群體，而T細胞是由T細胞受體(TCR)的序列決定的。這是因為單細胞RNA測序通常僅標記和測序每個RNA分子的一個末端，并且T細胞受體基因的大部分變異都位于該分子的相對末端，而沒有被測序。

很長一段時間以來，人們一直在用這種方法描述T細胞及其轉錄組，但沒有關于這些細胞實際上具有哪種T細胞受體的信息。當該項目開始時，研究人員考慮如何嘗試以不遮蓋這些數據集的單細胞分辨率的方式從這些庫中恢復信息，而不需要改變測序工作流程和平臺。

在單個T細胞中，編碼T細胞受體的RNA占不到細胞總RNA的1%，因此MIT小組提出了一種擴增這些特定RNA分子，然后將其從總樣品中拉出的方法。它們可以完全排序。每個RNA分子都用條形碼標記，以揭示它來自哪個細胞，因此研究人員可以將T細胞的靶標與其RNA表達方式進行匹配。這使他們能夠確定哪些基因在靶向特定抗原的T細胞群體中具有活性。

沙萊克說：“要把T細胞的功能發揮作用，就必須了解它們試圖識別的是什么。這種方法使您可以利用現有的單細胞RNA測序文庫，并提取可能要表征的相關序列。從根本上講，該方法是一種直接的策略，可提取隱藏在全基因組表達譜數據內的某些信息。”

研究人員說，該技術的另一個優點是它不需要昂貴的化學藥品，它依賴于許多實驗室已經擁有的設備，并且可以應用于許多先前處理過的樣品。

過敏分析

在《自然免疫學》論文中，研究人員證明，在給小鼠接種了針對人乳頭瘤病毒的疫苗后，他們可以使用該技術挑選出對人乳頭瘤病毒有活性的小鼠T細胞。他們發現，盡管所有這些T細胞都與病毒發生了反應，但這些細胞具有不同的TCR，并且似乎處于不同的發育階段，有些被激活以殺死被感染的細胞，而另一些則專注于生長和分裂。

然后研究人員分析了四名花生過敏患者的T細胞，將細胞暴露于花生過敏原后，他們能夠鑒定出對那些過敏原具有活性的T細胞。他們還顯示出T細胞的哪些子集是最活躍的，并發現了一些產生與過敏反應有關的炎性細胞因子。

“我們現在可以開始對數據進行分層，以揭示最重要的細胞，而以前我們僅憑RNA測序就無法鑒定出這些細胞。”

該實驗室現在正在與馬薩諸塞州總醫院的研究人員合作，使用該技術來跟蹤接受口服免疫療法治療花生過敏的人的免疫反應-該技術涉及消耗少量的過敏原，從而使免疫系統建立對它的耐受性。

在臨床試驗中，該技術已顯示對某些患者有效，但并非對所有患者有效。MIT / MGH小組希望他們的研究將有助于確定可用于預測哪些患者對治療反應最佳的因素。

該策略還可用于幫助開發和監測針對癌癥的免疫療法，例如CAR-T細胞療法，該療法涉及對患者自身的T細胞進行編程以靶向腫瘤。Shalek的實驗室還正在與MGH，MIT和哈佛大學Ragon研究所的合作者一起積極應用這項技術，以鑒定與艾滋病毒和肺結核等感染作斗爭的T 細胞。