麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種分離與不同靶標(biāo)結(jié)合的T細(xì)胞，并對其RNA進(jìn)行測序的方法。

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

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種方法，用于鑒定具有特定靶標(biāo)的T細(xì)胞，成為高通量單細(xì)胞RNA測序的過程的一部分。這種方法可以揭示T細(xì)胞的獨(dú)特功能，以確定它們在給定時(shí)間打開哪些基因。在一項(xiàng)新研究中，研究人員使用該技術(shù)來鑒定產(chǎn)生花生過敏患者中可見的炎癥的T細(xì)胞。

研究人員正在使用這種方法來研究患者的T細(xì)胞對口服花生米過敏性免疫療法的反應(yīng)，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(dǎo)研究人員開發(fā)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(xué)工程教授，也是麻省理工學(xué)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(yù)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(yīng)的根本生物學(xué)是一個(gè)非常關(guān)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(fā)的技術(shù)之上，該技術(shù)可以在大量細(xì)胞上快速執(zhí)行單細(xì)胞RNA測序。通過對信使RNA進(jìn)行測序，科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)在給定時(shí)間表達(dá)的基因，從而使他們洞悉單個(gè)細(xì)胞的功能。

在T細(xì)胞等免疫細(xì)胞上進(jìn)行RNA測序非常令人感興趣，因?yàn)門細(xì)胞在免疫反應(yīng)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(biāo)或抗原有反應(yīng)的T細(xì)胞群體，而T細(xì)胞是由T細(xì)胞受體(TCR)的序列決定的。這是因?yàn)閱渭?xì)胞RNA測序通常僅標(biāo)記和測序每個(gè)RNA分子的一個(gè)末端，并且T細(xì)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(shí)間以來，人們一直在用這種方法描述T細(xì)胞及其轉(zhuǎn)錄組，但沒有關(guān)于這些細(xì)胞實(shí)際上具有哪種T細(xì)胞受體的信息。當(dāng)該項(xiàng)目開始時(shí)，研究人員考慮如何嘗試以不遮蓋這些數(shù)據(jù)集的單細(xì)胞分辨率的方式從這些庫中恢復(fù)信息，而不需要改變測序工作流程和平臺。

在單個(gè)T細(xì)胞中，編碼T細(xì)胞受體的RNA占不到細(xì)胞總RNA的1%，因此MIT小組提出了一種擴(kuò)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(gè)RNA分子都用條形碼標(biāo)記，以揭示它來自哪個(gè)細(xì)胞，因此研究人員可以將T細(xì)胞的靶標(biāo)與其RNA表達(dá)方式進(jìn)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(xì)胞群體中具有活性。

沙萊克說：“要把T細(xì)胞的功能發(fā)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(xiàn)有的單細(xì)胞RNA測序文庫，并提取可能要表征的相關(guān)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(dá)譜數(shù)據(jù)內(nèi)的某些信息。”

研究人員說，該技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不需要昂貴的化學(xué)藥品，它依賴于許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)擁有的設(shè)備，并且可以應(yīng)用于許多先前處理過的樣品。

過敏分析

在《自然免疫學(xué)》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(shù)挑選出對人乳頭瘤病毒有活性的小鼠T細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，盡管所有這些T細(xì)胞都與病毒發(fā)生了反應(yīng)，但這些細(xì)胞具有不同的TCR，并且似乎處于不同的發(fā)育階段，有些被激活以殺死被感染的細(xì)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(xì)胞，將細(xì)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(xì)胞。他們還顯示出T細(xì)胞的哪些子集是最活躍的，并發(fā)現(xiàn)了一些產(chǎn)生與過敏反應(yīng)有關(guān)的炎性細(xì)胞因子。

“我們現(xiàn)在可以開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行分層，以揭示最重要的細(xì)胞，而以前我們僅憑RNA測序就無法鑒定出這些細(xì)胞。”

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

在臨床試驗(yàn)中，該技術(shù)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(yù)測哪些患者對治療反應(yīng)最佳的因素。

該策略還可用于幫助開發(fā)和監(jiān)測針對癌癥的免疫療法，例如CAR-T細(xì)胞療法，該療法涉及對患者自身的T細(xì)胞進(jìn)行編程以靶向腫瘤。Shalek的實(shí)驗(yàn)室還正在與MGH，MIT和哈佛大學(xué)Ragon研究所的合作者一起積極應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，以鑒定與艾滋病毒和肺結(jié)核等感染作斗爭的T 細(xì)胞。