PD-1维持CD8 T细胞对皮肤新抗原的耐受性

PD-1 maintains CD8 T cell tolerance towards cutaneous neoantigens

作者信息Martina Damo, Noah I Hornick, Aarthi Venkat, Ivana William, Kathryn Clulo, Srividhya Venkatesan, Jiaming He, Eric Fagerberg, Jennifer L Loza, Darwin Kwok, Aya Tal, Jessica Buck, Can Cui, Jaiveer Singh, William E Damsky, Jonathan S Leventhal, Smita Krishnaswamy, Nikhil S Joshi
PMID37344588
期刊Nature
发布时间2023-07
DOI10.1038/s41586-023-06217-y

实验完整度

高

包含NINJA小鼠皮肤抗原诱导模型、PD-1阻断/敲除、细胞 depletion、scRNAseq、IVIS成像及人类样本验证,功能与机制验证完整,实验层级多。

主要模型

NINJA小鼠(皮肤特异性抗原表达模型) P14 TCR转基因CD8 T细胞过继转移模型 人类皮肤活检样本(lichemoid irAE患者) LCMV感染小鼠模型(对照)

重点核对

NINJA小鼠中Dox/4-OH-Tam诱导抗原(GFP)表达的效率(15±4%的皮肤细胞为GFP+) PD-1阻断抗体(clone 29F.1A12)和CTLA-4阻断抗体(clone 9D9)的给药方案(100μg/抗体/鼠,间隔3天) PD-1敲除P14 CD8 T细胞的CRISPR/Cas9编辑效率 皮肤病理评分系统(0-300分)及评分标准 scRNAseq分析中细胞过滤和聚类参数(UMI阈值、基因数等)

摘要

健康个体的外周T细胞库含有自身反应性T细胞1,2。检查点受体如PD-1被认为通过删除或失能自身反应性CD8 T细胞来诱导外周耐受7-14,然而这一模型受到检查点受体抑制剂治疗的癌症患者中免疫相关不良事件(irAEs)高频发生的挑战15。我们开发了一种新型小鼠模型,其中表皮中T细胞抗原(Ags)的皮肤特异性表达导致具有效应基因表达谱的抗原特异性CD8 T细胞的局部浸润。在这种情况下,PD-1通过阻止组织浸润的抗原特异性效应CD8 T细胞1)获得完全功能性、致病性分化状态,2)分泌大量效应分子,以及3)进入表达抗原的表皮细胞,从而维持皮肤耐受。缺乏PD-1时,表达抗原的表皮细胞被抗原特异性CD8 T细胞消除,导致局部病理。对两名皮肤苔藓样irAE患者皮肤活检的转录组分析显示,在病变和非病变皮肤中均存在克隆扩增的效应CD8 T细胞。因此,我们的数据支持外周T细胞耐受模型,其中PD-1允许抗原特异性效应CD8 T细胞与组织中表达抗原的细胞共存而无免疫病理。

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
PD-1等检查点受体如何在皮肤中维持外周T细胞耐受,以及阻断这些受体是否会导致自身反应性CD8 T细胞介导的皮肤病理?
核心机制
PD-1通过三条途径维持皮肤耐受:阻止CD8 T细胞获得完全致病性分化状态、限制其效应功能(可能通过转录后调控),以及限制其进入表皮接触抗原表达细胞。耐受与致病状态沿同一分化轨迹的不同阶段,而非分支。
主要证据
NINJA小鼠皮肤抗原诱导模型中,PD-1阻断或敲除导致CD8 T细胞依赖性皮肤病理和表皮抗原细胞清除;scRNAseq和伪时间分析显示耐受和致病CD8 T细胞转录谱相似,但PD-1缺失使细胞更接近分化末端;人类苔藓样irAE皮肤中存在的细胞毒性CD8 T细胞与小鼠模型相似。
研究意义
研究提出PD-1作为组织稳态的守门人,允许外周组织中存在功能T细胞而不引起免疫病理;推测CPI治疗可能干扰这些局部调节网络导致irAEs。

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

皮肤特异性抗原诱导

建立皮肤特异性表达新抗原的小鼠模型,研究外周耐受机制。

使用NINJA小鼠(Rosa26-NINJA/CreERT2;CAG-rtTA3),通过饲喂Dox饮食和局部涂抹4-OH-Tam诱导表皮细胞表达GFP融合的LCMV GP33和GP61抗原。

2

抗体介导的检查点阻断或T细胞清除

评估PD-1/CTLA-4阻断或T细胞亚群清除对皮肤耐受的影响。

对Ag ON小鼠给予抗PD-1和/或抗CTLA-4抗体,或清除CD8/CD4 T细胞,观察皮肤病理发展。

3

过继转移和PD-1敲除

验证PD-1对CD8 T细胞的内在调控作用。

将野生型或CRISPR/Cas9敲除PD-1的P14 CD8 T细胞过继转移至N/C小鼠,然后诱导抗原表达,观察皮肤病理和T细胞定位。

4

皮肤病理分析和免疫细胞表征

量化皮肤病理程度并分析浸润免疫细胞。

通过病理评分、H&E染色、免疫荧光/免疫组化、流式细胞术和IVIS成像分析皮肤病理和T细胞浸润。

5

单细胞转录组分析

描绘皮肤细胞组成和Ag特异性CD8 T细胞的分化轨迹。

对小鼠皮肤(Ag OFF/ON/CPI)进行scRNAseq,分析细胞类型、T细胞亚群、拟时间轨迹和细胞间相互作用;对人类皮肤活检进行scRNAseq和V(D)J测序。

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
GoTaq G2 Green Master MixPromegaM7823
EasySep CD8 T细胞阴性选择试剂盒STEMCELL Technologies19853
Cas9核酸酶V3IDT1081059
Lonza P3原代细胞4D-Nucleofector X试剂盒LonzaV4XP-3032
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69504
人IL-2PeproTech200-02
抗CD3/CD28磁珠ThermoFisher Scientific11452D
小鼠表皮解离试剂盒Miltenyi130-095-928
GP33-41肽AnaSpecAS-61296
BD Cytofix/Cytoperm固定/破膜试剂盒BD Biosciences554714
Symphony A5流式细胞仪BD Biosciences--
FACSAria流式分选仪BD Biosciences--
XenoLight D-荧光素钾盐PerkinElmer122799
小动物活体成像系统PerkinElmer--
含DAPI的Vectashield抗淬灭封片剂Vector LaboratoriesH-1200-10
Leica SP5共聚焦显微镜Leica--
O.C.T.包埋剂VWR25608-930
EVOS成像系统ThermoFisher Scientific--
Chromium单细胞5'试剂盒10X Genomics--
NovaSeq 6000测序系统Illumina--
分散酶IISigma-AldrichD4693
Liberase TLSigma-Aldrich05401020001
脱氧核糖核酸酶IRoche10104159001
4-羟基他莫昔芬Millipore SigmaT176
含多西环素的食物Envigo TekladTD.120769
二甲基亚砜AmericanBIOAB03091
KAPA Taq PCR试剂盒Takara BioR040A

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
皮肤抗原诱导
Dox饮食持续时间(10天),4-OH-Tam浓度(50mg/mL)和给药次数(4次),涂抹面积(下背部)
阅读提示:Methods: In vivo induction of NINJA antigens in the skin
抗体阻断/清除
抗体剂量(100μg/鼠),给药频率(隔天一次),治疗时机(Dox开始当天),抗体克隆(anti-PD-1 29F.1A12, anti-CTLA-4 9D9, anti-CD8 53-6.7, anti-CD4 GK1.5)
阅读提示:Methods: In vivo induction ... and antibody treatments
过继转移
P14 CD8 T细胞数量(5×10^3),转移途径(眶后静脉),转移时机(Dox/4-OH-Tam前1天)
阅读提示:Methods: IVIS imaging和IF/IHC部分
PD-1敲除
sgRNA序列(靶向PD-1的5'-GACACACGGCGCAAUGACAG-3'),电穿孔条件(Lonza P3试剂盒),验证方法(Sanger测序, 流式)
阅读提示:Methods: Knock-out of PD-1 in P14 CD8 T cells
单细胞RNA测序
细胞过滤标准(小鼠:UMI 1500-15000,线粒体<85%;人类:UMI>500,线粒体<20%),聚类分辨率(人类:0.25)
阅读提示:Methods: Single-cell RNA sequencing