细胞毒性CD8+ T细胞靶向瓜氨酸化抗原在类风湿关节炎中的作用

Cytotoxic CD8+ T cells target citrullinated antigens in rheumatoid arthritis

作者信息Jae-Seung Moon, Shady Younis, Nitya S Ramadoss, Radhika Iyer, Khushboo Sheth, Orr Sharpe, Navin L Rao, Stephane Becart, Julie A Carman, Eddie A James, Jane H Buckner, Kevin D Deane, V Michael Holers, Susan M Goodman, Laura T Donlin, Mark M Davis, William H Robinson
PMID36658110
发布时间2023-01-19
DOI10.1038/s41467-022-35264-8

实验完整度

高

研究包含流式细胞术、单细胞转录组/TCR测序、体外抗原刺激增殖与杀伤功能实验、以及配对血液与滑膜样本分析等多个独立证据层级,并包含HLA I类阻断等机制验证。

主要模型

ACPA+ RA患者外周血CD8+ T细胞 ACPA+ RA患者滑膜CD8+ T细胞 单核细胞来源树突状细胞(MoDCs)与T细胞共培养体系 DLD-1结肠腺癌细胞系

重点核对

检测对象:ACPA+ RA患者外周血和滑膜中的CD8+ T细胞 刺激抗原:100 μM瓜氨酸化波形蛋白(cit-vimentin)或50 μM病毒蛋白NP/pp65 HLA I类阻断:抗CD8和/或抗HLA-A,B,C抗体(1 μg/ml) T细胞增殖实验共培养时间:10天 杀伤实验效应细胞与靶细胞比例:1:1、5:1或10:1

摘要

介导类风湿关节炎(RA)滑膜炎和关节破坏的免疫机制仍不清楚。尽管已有研究描述RA中CD8+ T细胞水平升高,但其在发病机制中的功能仍不明确。本文对来源于抗瓜氨酸化蛋白抗体(ACPA)+ RA血液的CD8+ T细胞进行了单细胞转录组和T细胞受体(TCR)测序。我们鉴定出含有大量克隆谱系扩增的GZMB+CD8+亚群,这些亚群表达细胞毒性和组织归巢转录程序,而GZMK+CD8+记忆亚群则包含较小的克隆扩增,表达效应T细胞转录程序。我们证明了由MHC I类分子呈递的RA瓜氨酸化自身抗原能够激活RA血液来源的GZMB+CD8+ T细胞,使其扩增、表达细胞毒性介质并介导对靶细胞的杀伤。我们还证明了这些克隆扩增的GZMB+CD8+细胞存在于RA滑膜中。这些发现表明,靶向瓜氨酸化抗原的细胞毒性CD8+ T细胞有助于ACPA+ RA的滑膜炎和关节组织破坏。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
ACPA+ RA患者中的CD8+ T细胞是否靶向瓜氨酸化抗原,并通过何种机制参与滑膜炎和关节破坏?
核心机制
瓜氨酸化抗原通过MHC I类分子呈递,激活ACPA+ RA患者的GZMB+CD8+ T细胞,使其克隆扩增、表达细胞毒性介质并介导靶细胞杀伤,从而可能促进关节组织破坏。
主要证据
单细胞转录组和TCR测序显示ACPA+ RA血液中存在克隆扩增的GZMB+GNLY+CD8+ T细胞;体外实验证明瓜氨酸化抗原以HLA I类依赖方式刺激这些细胞增殖、表达GzmB和IFNγ并杀伤DLD-1细胞;配对样本分析显示类似克隆存在于滑膜中。
研究意义
研究提示靶向瓜氨酸化抗原的细胞毒性CD8+ T细胞是RA病理机制的组成部分,为开发针对这些细胞的治疗策略提供了依据;同时,新鲜全血检测方法或可发展为检测RA患者瓜氨酸化抗原特异性CD8+ T细胞反应的临床诊断工具。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

表型鉴定

分析ACPA+ RA患者外周血CD8+ T细胞的活化、细胞毒性及记忆亚群特征。

通过流式细胞术检测HC、ACPA− RA和ACPA+ RA患者PBMC中CD8+ T细胞的比例、活化标志物(CD69、GPR56)、细胞毒性分子(GzmB、GzmK)及记忆亚群(Naïve、CM、EM、EMRA)的表达。

2

单细胞转录组和TCR测序分析

通过无偏聚类识别ACPA+ RA血液CD8+ T细胞的亚群、转录特征和克隆扩增情况。

对ACPA+ RA(n=12)和HC(n=6)的PBMC中CD3+ T细胞进行10X Genomics单细胞转录组和V(D)J测序,鉴定CD8+ T细胞亚群并分析其基因表达和TCR克隆型。

3

瓜氨酸化抗原刺激实验

评估ACPA+ RA CD8+ T细胞是否对瓜氨酸化抗原产生增殖反应,并验证HLA I类依赖性。

使用全血或PBMC,以瓜氨酸化或天然波形蛋白、其他瓜氨酸化蛋白(如瓜氨酸化H3)刺激,通过Ki-67染色或增殖染料稀释法检测CD8+ T细胞增殖,并使用抗CD8和/或抗HLA I类抗体进行阻断。

4

细胞毒性功能验证

检测瓜氨酸化抗原激活后的ACPA+ RA CD8+ T细胞是否脱颗粒并介导靶细胞杀伤。

通过CD107a脱颗粒实验和LDH释放实验检测CD8+ T细胞的细胞毒性功能。

5

滑膜-血液配对分析

探究血液中瓜氨酸化抗原反应性克隆是否存在于RA滑膜中。

对4例ACPA+ RA患者的滑膜组织和3例配对血液样本进行单细胞RNA-seq,分析CD3+ T细胞中的共享TCR克隆型及其转录特征。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Ficoll-Paque密度梯度离心Sigma AldrichGE17-1440-03
细胞冻存培养基Thermo Fisher Scientific12648010
Cryostor CS10冻存液Sigma-AldrichC2874-100ML
RPMI 1640培养基Corning Life ScienceMT15040CV
胎牛血清ATCC30-2020
谷氨酰胺Gibco25030081
Liberase TL消化酶Roche05401020001
DNase IRoche4716728001
可固定活力染料510BD Bioscience564406
染色缓冲液BD Bioscience554656
细胞刺激混合物Thermo Fisher Scientific00-4975-93
精准计数微球BioLegend424902
抗CD28抗体BD Biosciences555725
抗CD49d抗体BioLegend304302
甲型流感H1N1核蛋白Sino Biological11675-V08B
巨细胞病毒pp65蛋白Miltenyi Biotec130-091-824
瓜氨酸化波形蛋白Cayman Chemical21942
天然波形蛋白Cayman Chemical11234
抗CD3抗体BD Biosciences566685
布雷菲德菌素A----
FACS裂解液BD Biosciences349202
人血清Sigma AldrichH3667-100ML
多粘菌素BSigma-Aldrich92283
瓜氨酸化纤维蛋白原Cayman Chemical400076
瓜氨酸化α-烯醇化酶Cayman Chemical21585
瓜氨酸化H2BCayman Chemical30133
瓜氨酸化H3Cayman Chemical17926
瓜氨酸化H4Cayman Chemical17927
纤维蛋白原--25151
α-烯醇化酶--RP43142
组蛋白H2BNew England BiolabsM2505S
组蛋白H3.1New England BiolabsM2503S
组蛋白H4New England BiolabsM2504S
纯化抗人CD8抗体BioLegend344702
纯化抗人HLA-A, B, C抗体BioLegend311402
eBioscience蛋白转运抑制剂混合物Thermo Fisher00-4980-93
无血清树突状细胞基础培养基R&D SystemsCCM003
重组人TNF----
EasySep人CD8+ T细胞分离试剂盒StemCell Technologies17953
细胞增殖染料eFluor 450Thermo Fisher65-0842-85
重组IL-2Peprotech200-02
重组IL-7Peprotech200-07
DLD-1结直肠腺癌细胞系ATCCATCC
细胞毒性检测试剂盒PLUSSigma Aldrich4744926001

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
流式细胞术分析
样本类型(PBMC)、样本量、抗体克隆及稀释度、门控策略
阅读提示:Methods中的Flow cytometry and intracellular staining部分,及图1、图6图注
单细胞转录组和TCR测序
细胞捕获数目、测序平台、数据分析参数(如线粒体基因比例、基因数过滤阈值)
阅读提示:Methods中的Single-cell whole transcriptome and TCR sequencing及Computational analysis of single-cell RNA-seq data部分
瓜氨酸化抗原刺激实验
抗原种类及浓度(如cit-vimentin 100 μM)、刺激时间(6小时全血,16小时PBMC)、蛋白转运抑制剂使用时间
阅读提示:Methods中的Citrullinated protein in vitro stimulation of fresh whole blood or PBMCs部分
T细胞增殖实验
MoDCs分化方案、抗原负载浓度及时间、T细胞与DC共培养比例(1:10)、IL-2和IL-7浓度、培养持续时间(10天)
阅读提示:Methods中的T cell proliferation assay部分
CD107a脱颗粒实验
刺激物及浓度、蛋白转运抑制剂使用时间
阅读提示:Methods中的CD107a degranulation assay部分
LDH细胞毒性实验
靶细胞系(DLD-1)、效靶比(1:1, 5:1, 10:1)、共培养时间、重复孔数
阅读提示:Methods中的LDH cytotoxicity assay部分
统计分析
统计方法(t检验、ANOVA)、多重比较校正方法(Tukey)、相关性分析方法(Spearman)
阅读提示:Methods中的Statistical analysis部分