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NEPA21助力人原代T细胞转染

更新时间:2023-07-24      点击次数:2075

系统性红斑狼疮(SLE)是一种典型的自身免疫性疾病,以免疫系统异常激活为特征,具有高度的细胞异质性,可导致多个器官和组织的慢性炎症和衰弱损害。SLE在临床上的发展、表征和严重程度具有较大差异性,病程难以预测。因此,准确识别SLE发病的遗传学和细胞型特异性机制,将有助于改善SLE的治疗。先前的研究发现CD8+T细胞参与了SLE的发病过程,但是CD8+T细胞在SLE中的细胞异质性及其机制尚不清楚。

2023年3月,中山大学孙逸仙纪念医院郭庆课题组和同济大学生命科学与技术学院陈坤研究组等单位合作在eBioMedicine上发表了“Cytotoxic CD161CD8+ TEMRA cells contribute to the pathogenesis of systemic lupus erythematosus"的文章。该研究揭示了SLE的细胞异质性,证实了DTHD1相关的CD161CD8+ TEMRA细胞亚群在SLE的发病机制中的重要作用,为SLE的诊断和治疗提供了一个新的视角。



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为研究与SLE细胞类型特异性改变相关的遗传关联,研究人员对一个SLE家系的外周血单核细胞(PBMC)进行了单细胞转录组测序(scRNA-seq)和全外显子组测序(WES),以探究与SLE相关的免疫细胞组成的变化。结果表明,scRNA-seq和WES数据不仅呈现了SLE中已知的B细胞和CD4+T细胞异质性,还发现PBMCs中的CD8+T淋巴细胞同样具有明显的异质性。

接下来,研究人员利用Monocle3揭示了CD8+T细胞从初级CD8_SELL细胞开始,通过以CD8_GZMK细胞为特征的中间状态,最终到达两个独立的终端谱系(终末分化T细胞,TEMRA),分别是CD8_GZMB和CD8_GZMH。基因差异表达(DEG)分析表明,CD8_GZMB细胞高表达“T细胞活化"、“T细胞受体信号通路"相关基因,而CD8_GZMH细胞则高表达CD161、KLRC2、IKZF2和LAG3等NK细胞特征基因。此外,CD8_GZMB细胞表现出比CD8_GZMH细胞更低的耗竭分数和更高的激活分数,表明它们在SLE发病机制中的不同作用。因此,研究人员将CD8_GZMB细胞和CD8_GZMH细胞分别更名为CD161CD8+TEMRA细胞和CD161+CD8+TEMRA细胞有趣的是,细胞毒性CD161CD8+ TEMRA细胞在SLE患者中显著增加,并且该亚群的激活与病毒感染密切相关。通过对来自具有SLEDAI评分的SLE患者公开的RNA-seq图谱分析,研究人员证明了CD161的低表达与高SLEDAI评分密切相关,CD161CD8+TEMRA更能代表SLE的病理特征。

随后,WES分析发现,在SLE家系中与SLE高度相关的DTHD1基因的死亡结构域(DD)存在移码突变,在SLE患者的PBMCs中的表达显著下调,并在CD161CD8+TEMRA细胞呈现低表达。为探究DTHD1下调如何影响CD161CD8+TEMRA细胞在SLE中的异常增殖,研究人员从健康人PBMCs分离出CD8+T细胞,对DTHD1进行基因敲降,显著促进了包括p38 MAPK通路和mTOR通路在内的细胞增殖信号的激活,提示DTHD1的下调可能有利于细胞的增殖和抗凋亡(图1j、k)。随后,通过将CD161CD8+TEMRA细胞与P815共培养,证实了DTHD1基因沉默的人原代CD8+T细胞对P815细胞具有更强的杀伤能力。


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1 DTHD1敲降实验

作者进一步研究了DTHD1在SLE发病中的的分子机制。相互作用分析表明,DTHD1可以通过DD与髓样分化因子(MYD88)相互作用,NF-κB是MYD88诱导的信号转导下游的核心转铁蛋白(图2e)。实验证明,野生型DTHD1而不是突变体DTHD1的过表达显著降低了MYD88诱导的NF-κB的激活(图2h)。因此,DTHD1的低表达或失活将释放其对MYD88的抑制,激活NF-κB信号。此外,mTOR信号激活是T细胞增殖的主要原因,使用化学抑制剂TAK-242可以抑制MYD88活性,阻碍TCR诱导的mTOR信号的激活,进而抑制CD8+ TEMRA细胞扩增,并有效降低对P815细胞的细胞毒性(图2i)。上述结果表明,DTHD1基因突变可通过调节MYD88介导的途径导致细胞毒性CD161CD8+TEMRA细胞亚群的异常扩增,是SLE发病机制中的重要一环。同时,作者发现CD161CD8+TEMRA细胞可以通过光信号与其他免疫细胞相互作用,导致全身性炎症。在SLE的临床诊断中,该细胞亚群也可以作为一种新的细胞标志物。

值得注意的是,鉴于原代T细胞难转染的特性,为了研究DTHD1基因在CD8+ T细胞中的功能,研究人员在上述实验中借助了NEPA GENE品牌的NEPA21高效基因转染系统进行基因过表达和敲降,成功将3μg WT/Mutant-DTHD1过表达质粒和50 nM DTHD1 siRNA/NC siRNA分别电穿孔到5×106人原代CD8+ T细胞中,为实验的成功提供了重要助力。


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2 DTHD1基因突变增强CD161CD8+TEMRA细胞毒性

综上所述,本研究在系统性红斑狼疮患者中发现了一种新的高活性的细胞毒性CD8+T细胞亚群CD161CD8+TEMRA细胞,并进一步揭示了功能缺失的DTHD1促进CD161CD8+ TEMRA细胞活化和细胞毒作用的分子基础,为SLE的临床诊断和治疗提供了新的机会。





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NEPA21 电转染仪



NEPA21高效基因转染系统采用全新设计的四步法电转程序,配合电压衰减设计,在获得高转染效率的同时,提高细胞存活率。操作简单,电转参数可见可调,适用性强。特别适用于难转染的原代免疫细胞、干细胞、神经细胞、外泌体、类器官、活体动物、受精卵及宫内胚胎等的转染,已应用于众多著名期刊文献中,是进行细胞悬浮/贴壁状态、活体和离体组织转染的电转系统主流品牌之一。