IL-2的空间微环境与IL-10协同驱动吸入性过敏原诱导的肺部迁移性TH2细胞

Spatial microniches of IL-2 combine with IL-10 to drive lung migratory TH2 cells in response to inhaled allergen

作者信息Kun He, Hanxi Xiao, William A MacDonald, Isha Mehta, Akash Kishore, Augusta Vincent, Zhongli Xu, Anuradha Ray, Wei Chen, Casey T Weaver, Bart N Lambrecht, Jishnu Das, Amanda C Poholek
PMID39394532
发布时间2024-11
DOI10.1038/s41590-024-01986-8

实验完整度

包含体外细胞培养、CRISPR基因敲除、过继转移小鼠模型、单细胞及空间转录组学等多层级验证,并明确功能与机制验证。

主要模型

1DER TCR转基因小鼠来源的CD4+ T细胞过继转移模型 屋尘螨诱导的过敏性哮喘小鼠模型 Blimp-1YFP报告小鼠 IL-2-GFP和2BiT报告小鼠

重点核对

Blimp-1在早期(60小时)表达于纵隔淋巴结中Blimp-1+效应T细胞亚群,随后迁移至肺部 IL-10Rα缺失导致肺内TH2细胞和Blimp-1表达减少 IL-2/STAT5信号通过抑制Bcl6和Bach2间接支持Blimp-1表达 淋巴结T-B边界区域的IL-2空间微环境支持Blimp-1+TH2细胞的形成 早期Blimp-1缺失(他莫昔芬诱导)导致肺内TH2细胞和嗜酸性粒细胞减少

摘要

指导屏障组织中辅助性T细胞2(TH2)分化的机制尚不清楚。在这里,我们通过对小鼠中屋尘螨特异性T细胞进行时间、空间和单细胞转录组追踪,描述了驱动过敏原特异性TH2细胞的分子通路。肺过敏原特异性TH2细胞的分化和迁移需要转录抑制因子Blimp-1的早期表达。在淋巴结启动期间缺失Blimp-1会消除肺部TH2细胞的形成,表明早期Blimp-1促进具有迁移能力的TH2细胞。IL-2/STAT5信号以及屋尘螨特异性T细胞的自分泌/旁分泌IL-10通过抑制Bcl6和Bach2,对Blimp-1及随后的GATA3上调至关重要。淋巴结中IL-2的空间微环境支持最早的Blimp-1+TH2细胞,表明淋巴结定位是TH2启动的驱动因素。我们的研究结果确定了IL-2介导的空间微环境的早期需求,该微环境与应答T细胞产生的过敏原驱动的IL-10整合,以驱动过敏性哮喘。

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
吸入性过敏原如何驱动TH2细胞分化及迁移的分子机制是什么?
核心机制
IL-2/STAT5信号在淋巴结中形成空间微环境,抑制Bcl6和Bach2,从而允许Blimp-1早期表达;随后,来自过敏原特异性T细胞的自分泌/旁分泌IL-10通过STAT3维持Blimp-1表达,进而抑制Bcl6并促进GATA3上调,驱动TH2细胞分化与迁移。
主要证据
通过时间、空间及单细胞转录组追踪,发现Blimp-1在淋巴结中早期表达,缺失Blimp-1消除肺内TH2细胞;IL-2微环境及IL-10信号支持Blimp-1表达;CRISPR敲除STAT5、Bcl6、Bach2等证实调控网络;FTY720阻断迁移证明Blimp-1+细胞从淋巴结迁移至肺部。
研究意义
揭示TH2细胞起始的早期机制,为理解过敏性哮喘的发病机制提供新见解,并可能为干预TH2介导的过敏性疾病提供潜在靶点。

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

追踪过敏原特异性T细胞应答动力学

确定吸入屋尘螨后,Blimp-1在纵隔淋巴结和肺中的表达时间及位置。

将1DERYFP CD4+ T细胞过继转移至受体小鼠,每日鼻内给予HDM,在多个时间点(0h至10天)通过流式细胞术分析淋巴结和肺中1DER T细胞的扩增、增殖、Blimp-1表达及亚群分化。

2

确定IL-10在TH2分化中的作用

测试IL-10信号是否对肺中Blimp-1依赖性TH2细胞的形成是必需的,并确定其细胞来源。

通过CRISPR-Cas9在1DER T细胞中敲除IL-10Rα或STAT3,或使用条件性IL-10敲除小鼠(CD4-Cre、CD11c-Cre、CD19-Cre),分析肺中TH2细胞和Blimp-1表达。进行混合过继转移实验以区分自分泌和旁分泌作用。

3

验证Blimp-1早期表达的必要性

确定Blimp-1是否在淋巴结启动早期即被需要,以及其缺失是否影响肺部TH2细胞形成。

使用他莫昔芬诱导的Blimp-1条件敲除小鼠,在不同时间点删除Blimp-1,评估肺中TH2细胞和嗜酸性粒细胞。使用FTY720阻断T细胞从淋巴结输出,检测淋巴结中Blimp-1+细胞积累。

4

单细胞转录组学鉴定TH2亚群

在单细胞水平解析早期TH2和TFH细胞的异质性及分化轨迹。

对免疫后3天的淋巴结细胞进行scRNA-seq和CITE-seq,鉴定CD4+ T细胞亚群,通过RNA velocity和Slingshot分析分化轨迹,并通过CRISPR敲除Ccr4和Ccr8验证迁移功能。

5

验证IL-2/STAT5通路对Blimp-1的调控

探究IL-2/STAT5信号如何影响Blimp-1和GATA3的表达,以及其下游机制。

通过CRISPR敲除STAT5a、STAT5b、Bcl6、Bach2,分析Blimp-1、GATA3、Bcl6、IL-2Rα的表达。利用ChIP-seq数据检查STAT5结合位点。进行体外细胞培养实验验证IL-2和IL-10对Blimp-1的诱导作用。

6

空间定位TH2细胞与IL-2微环境

确定Blimp-1+TH2细胞在淋巴结中的空间位置,以及IL-2微环境是否支持其形成。

使用空间转录组学(Visium和Slide-seq)和免疫荧光/RNAscope,定位TH2细胞和IL-2+细胞,通过SLIDE分析识别与TH2或TFH区域相关的基因,并验证IL-2Rα缺失对Blimp-1+细胞的影响。

7

验证IL-2微环境的功能性

证明IL-2分泌细胞附近的IL-2信号对Blimp-1+GATA3+TH2细胞的形成是必需的。

将1DERYFP T细胞(对照或IL-2Rα缺失)转入2BiT IL-2报告小鼠,免疫后3天通过显微镜观察Blimp-1和GATA3表达细胞与IL-2+细胞的空间关系,并量化50 μm半径内的GATA3+细胞数量。

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
初始CD4+ T细胞分选试剂盒STEMCELL19765
CRISPR基因敲除试剂盒v2Synthego--
Cas9核酸酶V3Integrated DNA Technologies1081059
Lonza 4D核转染仪主机LonzaAAF-1002B
屋尘螨提取物Stallergenes Greer--
抗IL-2单克隆抗体(JES6-5H4)BioXCell--
芬戈莫德Enzo life scienceBML-SL233-0025
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
玉米油SigmaC8267
Richard-Allan Scientific三步染色液Thermo Fisher ScientificEpredia
活/死固定蓝色染料----
Foxp3/转录因子染色缓冲液套装Thermo Fisher Scientific00-5523-00
BD Phosflow试剂盒BD Biosciences558049/558050
BD LSRFortessa流式细胞仪BD--
FlowJo v10.9软件----
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific5596026
qScript cDNA合成试剂盒Quanta BioSciences--
TaqMan引物(小鼠Bach2、小鼠β-肌动蛋白)Thermo Fisher ScientificMm00464379_m1,
PerfeCTa FastMix II预混液QuantaBio95118-250
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
PrimeFlow RNA检测试剂盒Thermo Fisher Scientific88-18005-204
Prdm1探针(Alexa Fluor 568)--PF210
Bach2探针(Alexa Fluor 488)--PF204
Cytek Aurora光谱流式细胞仪Cytek--
Nikon A1R光谱共聚焦显微镜Nikon--
EVOS M7000显微镜Thermo Fisher ScientificAMF7000
RNAScope Hiplex V2检测ACD BioUM324419
RNAscope探针(Prdm1、Cd19、Gata3、Il2、Il2ra、Cd4)ACD Bio--
DAPI----
TruStain FcX PLUS(抗小鼠CD16/32)--156603
TotalSeq-B0178抗小鼠CD45.1抗体--110755
Visium空间基因表达玻片10x Genomics--
Curio Seeker空间定位玻片Curio Biosciences--
Illumina NextSeq2000测序仪Illumina--
Nextera XT文库制备试剂盒----
CellRanger软件(v6.0)----
Seurat软件(v4.3.0)----
scVelo软件----
velocyto软件----
RCTD软件----
cell2location软件----
SLIDE软件----
GraphPad Prism软件(v8.02)GraphPad--
QuPath 0.4软件----
ImageJ软件(v1.54)----
Hoechst染料----

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
小鼠品系与饲养条件
小鼠品系、年龄、性别、饲养环境(SPF)、光暗周期、温度、湿度
阅读提示:Methods - Mice部分
1DER T细胞过继转移小鼠模型建立
1DERYFP CD4+ T细胞分选纯度、转移细胞数量(1×10^6)、受体小鼠品系与遗传背景、转移后时间(24小时)
阅读提示:Methods - Adoptive transfers部分
HDM诱导的过敏性哮喘模型
HDM来源及剂量(25 μg)、给药途径(鼻内)、给药频率(每日一次)、给药天数(10天或指定天数)、是否再次激发
阅读提示:Methods - Immunizations部分
CRISPR-Cas9基因敲除
sgRNA序列、Cas9浓度、电转条件(Lonza 4D-Nucleofector参数)、基因敲除效率验证方法、细胞培养条件
阅读提示:Methods - CRISPR–Cas9 gene deletion部分
流式细胞术分析
抗体克隆、荧光素标记、细胞刺激条件(PMA/离子霉素浓度及时间)、细胞内染色方案、活/死染料使用、流式采集及分析软件
阅读提示:Methods - Flow cytometry部分及相关图注
空间转录组学
组织固定与切片厚度、Visium透化时间(18分钟)、测序深度及平台、数据分析流程(RCTD、cell2location、SLIDE参数)
阅读提示:Methods - Spatial transcriptomics sample preparation、Spatial transcriptomics analysis部分
RNAscope检测
探针种类及浓度、组织切片厚度(5 μm)、杂交及显色步骤、图像采集与定量方法(50 μm半径的ROI)
阅读提示:Methods - Multiplexed fluorescent RNAScope部分
他莫昔芬诱导型Blimp-1缺失模型
他莫昔芬剂量(5 mg/只)、给药途径(灌胃)、给药方案(连续5天)及时间点
阅读提示:Methods - Tamoxifen treatment部分及图4a所示时间线