技术鉴定为某些过敏或感染准备的T细胞

当你的免疫系统暴露在疫苗、过敏原或传染性微生物下时，T细胞的亚群就能识别外来入侵者并采取行动。这些T细胞中的一些是用来杀死被感染的细胞的，而另一些则充当在体内循环的记忆细胞，时刻监视着入侵者的再次出现。

麻省理工学院的研究人员现在已经设计出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这些T细胞的独特功能。在一项新的研究中，研究人员使用这项技术来识别T细胞，这些T细胞会产生花生过敏患者出现的炎症。

在目前正在进行的研究中，研究人员正在使用这种方法研究患者的T细胞对花生过敏的口服免疫疗法的反应，这可能帮助他们确定这种疗法是否适用于特定的患者。这些研究也可以帮助指导研究人员开发和测试新的治疗方法。

“食物过敏影响大约5%的人口,还有没有一个明确的临床干预除了避免,这可能会导致很多压力对家庭和患者本身,”j·克里斯托弗说爱,雷蒙德·a .和海伦·e·圣劳伦特化学工程教授和麻省理工学院的一个成员的科赫研究所综合癌症研究。“理解这些反应背后的生物学原理仍然是一个非常关键的问题。”

爱和亚历克斯·k·Shalek谁是Pfizer-Laubach职业发展麻省理工学院副教授,副教授化学,麻省理工学院的核心成员的医学工程和科学研究所(ime),和一个单位以外的科赫研究所的成员,是这项研究的资深作者,今天在《自然免疫学。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

研究人员的新方法是建立在他们之前的工作基础上的，他们开发了在大量细胞上快速执行单细胞RNA测序的技术。通过对信使RNA进行测序，科学家可以发现在特定时间内哪些基因被表达，从而让他们深入了解单个细胞的功能。

对免疫细胞，如T细胞，进行RNA测序是非常有趣的，因为T细胞在免疫反应中有很多不同的作用。然而，以前的测序研究未能识别出对特定靶细胞或抗原有反应的T细胞群，而抗原是由T细胞受体(TCR)的序列决定的。这是因为单细胞RNA测序通常只标记和序列每个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，而这一端没有被测序。

“长期以来，人们一直在用这种方法描述T细胞和它们的转录组，但没有关于这些细胞实际上有哪种T细胞受体的信息，”屠说。“当这个项目开始的时候，我们就在考虑如何从这些库中恢复这些信息，同时又不影响这些数据集的单细胞分辨率，也不需要我们大幅改变排序工作流程和平台。”

在单个T细胞RNA编码T细胞受体占不到1%的细胞总RNA,麻省理工学院的团队想出了一个方法放大那些特定的RNA分子,然后把它们的总样本,这样他们可以完全测序。每个RNA分子都被贴上了条形码，以显示它来自哪个细胞，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以特定抗原为目标的T细胞群中是活跃的。

“要了解T细胞的功能，你必须了解它们试图识别的是什么，”Shalek说。“这种方法可以让你获得现有的单细胞RNA测序文库，并提取出你可能想要表征的相关序列。该方法的核心是一种直接的策略，用于提取隐藏在全基因组表达谱数据中的一些信息。”

研究人员说，这项技术的另一个优点是，它不需要昂贵的化学药品，依赖于许多实验室已经拥有的设备，可以应用于许多以前加工过的样品。

分析过敏

在《自然免疫学》杂志上发表的论文中，研究人员证明，他们可以在小鼠接种了抗人乳头状瘤病毒疫苗后，用这种技术挑选出对这种病毒有活性的小鼠T细胞。他们发现，尽管所有这些T细胞都对病毒有反应，但这些细胞具有不同的TCRs，而且似乎处于不同的发育阶段——其中一些细胞非常活跃，可以杀死受感染的细胞，而另一些细胞则专注于生长和分裂。

研究人员随后分析了4名花生过敏患者的T细胞。在将这些细胞暴露于花生过敏原后，他们能够识别出对抗这些过敏原的T细胞。他们还展示了T细胞的哪些亚群最活跃，并发现了一些产生炎症细胞因子的亚群，而这些炎症细胞因子通常与过敏反应有关。

Tu说:“我们现在可以开始对数据进行分层，以揭示哪些细胞是最重要的细胞，以前我们无法仅通过RNA测序来识别这些细胞。”

拉夫的实验室目前正与马萨诸塞州总医院的研究人员合作，利用这项技术来跟踪接受花生过敏口服免疫疗法的患者的免疫反应——这项技术包括摄入少量的过敏原，让免疫系统建立对它的耐受性。

在临床试验中，这项技术已被证明在一些患者身上有效，但不是所有患者。麻省理工学院和麻省总医院的研究小组希望，他们的研究将有助于确定可以用来预测哪些患者对治疗效果最好的因素。

“人们当然希望尽早对干预是否会成功有更好的认识，”Love说。

这一策略也可用于帮助开发和监测癌症的免疫疗法，如CAR-T细胞疗法，它涉及对患者自身的T细胞进行编程以针对肿瘤。沙莱克的实验室还与麻省理工学院(MIT)拉根研究所(Ragon Institute of MGH)、哈佛大学(Harvard)的合作伙伴积极应用这项技术，以识别与抗击艾滋病毒(HIV)和结核病等传染病有关的T细胞。

研究由科赫研究所支持(核心)授予来自美国国立卫生研究院,dana – farber哈佛科赫研究所癌症中心桥项目,食物过敏的科学项目在麻省理工和哈佛,阿诺德和梅布尔·贝克曼基金会塞尔学者奖,斯隆化学研究奖学金,Pew-Stewart学者计划,美国国立卫生研究院。