T淋巴細胞，是免疫細胞家族中的殺手，擁有“調(diào)節(jié)”或抑制免疫的能力。其細胞表面有數(shù)萬億獨特的受體，可以識別并協(xié)助免疫系統(tǒng)殺死靶細胞，激活免疫系統(tǒng)的其他部分，并且保留以前細胞遇到的病原體的記憶，以備下次遇見時可以及時出擊將其消滅。

T細胞有數(shù)十種亞型，均由胸腺中的血液干細胞形成。目前科學家已嘗試通過增強T細胞抵抗癌癥或感染的能力，或者降低自身免疫性疾病患者的T細胞活性，來作為治療疾病的途徑。如今大熱的免疫療法中的兩大頂梁柱——PD-1/PD-L1抑制劑和CAR-T療法都是以T細胞為基礎(chǔ)而誕生的。

但是，由于干細胞依賴于胸腺的復雜化學信號，因此研究人員無法研究血干細胞如何分化為T細胞，在實驗室培養(yǎng)皿或分離的干細胞中也無法輕易復制其分化的過程。

近日，來自美國加州大學洛杉磯分校再生醫(yī)學與干細胞研究中心的研究人員在《Cell Reports》上發(fā)表了題為In Vitro Recapitulation of Murine Thymopoiesis from Single Hematopoietic StemCells的研究成果，其開發(fā)出一種無血清的3D鼠類人工胸腺類器官（M-ATO）系統(tǒng)，可以模仿正常鼠胸腺細胞生成，并且單個血干細胞就足以產(chǎn)生大量不同亞型和功能不同的小鼠T細胞。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108320

研究人員之前成功開發(fā)了一種人工胸腺類器官（ATO）模型，用于從人造血干細胞和祖細胞（HSPC）以及人多能干細胞進行體外T細胞分化。由于某些類型的實驗可能不能在人類而需要在小鼠中進行，因此研究人員通過調(diào)整培養(yǎng)所需的營養(yǎng)成分，改進先前開發(fā)的無血清ATO模型而開發(fā)出了小鼠人工胸腺類器官（M-ATO）系統(tǒng)。

小鼠ATO中早期T細胞分化的動力學

檢測發(fā)現(xiàn)，M-ATO在第2周時即可誘導HSPC對T細胞譜系的定向分化，而非T細胞譜系標記的細胞表達顯著下降。在第2周和第3周之間，CD8 CD4雙陰性（DN）細胞中開始出現(xiàn)未成熟的單陽性CD8 +（ISP8）和CD8 + CD4 +雙陽性（DP）群體。對更成熟的T細胞進行分析，檢測到CD3 + TCRb +細胞、包含CD4 + CD8 +（DP），CD4 CD8 +（CD8SP）和CD8CD4 +（CD4SP）成熟T細胞，及與先天T細胞一致的CD3 + CD4 CD8細胞群體，在第6周檢測到具有Treg表型的細胞，并可長期維持。

小鼠ATO產(chǎn)生功能性CD8SP和CD4SP成熟T細胞和Foxp3 + CD4 + Treg類細胞

之后，研究人員對M-ATO模型是否適用于其他鼠模型進行驗證，比較了C57BL/6、C3H /He、BALB / c和FVB四種小鼠的M-ATO，發(fā)現(xiàn)在所有小鼠背景中，M-ATO都可進行有效的T細胞分化，其中C3H / He和FVB小鼠模型產(chǎn)生更多的CD4SP細胞，而在來自C57BL / 6和BALB / c的M-ATO中，CD8SP占比更多。對T細胞抗原受體（TCR）的多樣性進行分析，表明四種不同的鼠類背景的M-ATO產(chǎn)生的CD8SP和CD4SP細胞均具有廣泛的類型。

不同小鼠背景的M-ATOs中的T細胞分化和成熟

研究人員還對MATOs中T細胞分化的轉(zhuǎn)錄組和胸腺生成至關(guān)重要的信號通路進行分析和評估，發(fā)現(xiàn)M-ATO系統(tǒng)能反映原發(fā)性胸腺的表型和轉(zhuǎn)錄T細胞發(fā)育，以及 T細胞發(fā)育階段中Notch報告基因活性的變化。對使用造血系統(tǒng)中不同的表型祖細胞而成的M-ATO系統(tǒng)是否能夠概括T細胞發(fā)育進行研究，發(fā)現(xiàn)其具有不同的T細胞分化動力學。

該研究的通訊作者Gay M. Crooks說：“該M-ATO系統(tǒng)的新穎之處也在于，其可以從一個單一的干細胞開始，生成數(shù)百萬個不同的T細胞。我們未來可以刪除或改變被認為對產(chǎn)生T細胞重要的基因，使用該胸腺類器官來研究其對成熟T細胞的影響。”

參考資料：

[1] In Vitro Recapitulation of Murine Thymopoiesis from Single Hematopoietic Stem Cells.

原標題：Cell子刊：T細胞研究的新系統(tǒng)！單個血液干細胞可生成大量亞型和功能不同的T細胞