J Adv Res?|?時空多組學揭示胸腺T細胞發育與譜系決定的新機制

近期，首都醫科大學免疫學系王宇教授課題組在國際學術期刊Journal of Advanced Research上在線發表題為Spatiotemporalmultiomicsreveal a default CD4 fate and a stem-like CD8 T cell subset in the thymus的最新研究成果。該研究結合了單細胞轉錄組與表面蛋白聯合測序（CITE-seq）、單細胞染色質可及性（scATAC-seq）以及空間轉錄組（Spatial Transcriptome）技術，系統重構了胸腺T細胞發育的時空圖譜。

研究揭示了αβ T細胞與γδ T細胞在極早期（DN1階段）的譜系分化差異，重新定義了CD4 T與CD8 T細胞發育的命運抉擇程序（提出CD4 T為T細胞默認發育命運），鑒定出一群具有類干細胞特征的CD8 T細胞亞群，并動態還原T細胞在胸腺皮髓質區域的遷移軌跡。為理解免疫細胞分化及未來腫瘤免疫治療提供了全新的理論基礎。

核心發現

1. αβT細胞與γδT細胞在DN1期即發生分化

經典理論認為αβ T細胞與γδ T細胞的譜系分化主要取決于DN3階段TCR基因重排的結果與信號強度。然而，本研究將這一時間節點大幅推前，在早期的DN1階段，細胞群體已出現顯著的轉錄與表觀遺傳異質性。將分選出的γδ DN1(CD28loCD62Lhi)細胞回輸至TCRα敲除小鼠體內，證實了該亞群在極早期便已具備特定的發育軌跡。

2. 雙陽性（DP）階段的漸進式轉錄與表觀重塑

DP 階段占據了胸腺細胞的絕大多數，傳統上常被視為一個相對均一的群體。本研究將其解析為三個連續的發育亞群（DP1至DP3），揭示出內部高度有序的成熟軌跡。其中DP1處于擴增期，具有很高的增殖活性，表現為Ki-67高表達，推測主要用于在β選擇后擴增含有有效TCRβ鏈的細胞池。DP2處于重排與信號啟動期，細胞周期逐漸停滯，關鍵重排激活基因 Rag1/2再次被激活轉錄，同時NF-κB等TCR信號相關轉錄因子模塊開始啟動；DP3則進入相對靜息狀態，是接受正選擇與負選擇的關鍵窗口期。

3. CD4 T細胞為胸腺T細胞的默認發育亞群

在CD4與CD8單陽性（SP）細胞的譜系分化機制上，本研究提出了具有顛覆性的修正模型。

研究發現，驅動CD4 SP形成的關鍵轉錄因子Gata3的表達及其相關染色質開放狀態，早在 DP2階段即已啟動，并在CD4 SP成熟過程中持續增強。相比之下，經典的CD4決定因子 THPOK（Zbtb7b）在DP階段保持沉默，僅在SP晚期被激活。該結果表明，Gata3更可能是啟動 CD4 命運程序的關鍵轉錄因子，而THPOK主要參與后續的維持與鞏固。進一步地，在MHC II敲除小鼠以及OT-I轉基因小鼠中，研究者依然檢測到CD4 SP細胞的存在，提示 CD4譜系分化可以不依賴MHC II信號啟動。而CD8 SP細胞的發育則更依賴轉錄因子 Runx3的表達以及MHC I信號驅動。

4. 發現胸腺內的“類干細胞CD8 SP”亞群

傳統觀點認為，進入SP階段的胸腺細胞已基本處于終末分化狀態。然而，本研究首次在CD8 SP亞群中鑒定出一群具有類干細胞特征（stem-like）的過渡態細胞。該細胞群具有很高的轉錄可塑性，并處于活躍的細胞周期狀態，高表達Mki67及E2F家族相關基因。同時，該亞群特異性高表達轉錄因子Myb以及H2A.Z（參與DNA復制起始），提示其在胸腺特定微環境中維持增殖潛能的分子基礎。

5. 胸腺T細胞空間發育軌跡

結合空間轉錄組技術，研究進一步動態重建了T細胞發育成熟的空間遷移路線。結果顯示，早期DN細胞起源于皮髓質交界區（corticomedullary junction, CMJ），并向外皮質遷移，其過程伴隨Cd44下調和Il2ra上調；隨后，DP細胞在皮質區域發育，并在Rag1/2激活后向髓質方向回遷；最終，成熟的CD4/CD8 SP細胞高度富集于CMJ區域。此外，遷移調控相關基因，如S1pr1和Pecam1，在CMJ區域呈現明顯的空間表達梯度。這提示皮髓質交界區不僅是胸腺的空間分界線，更可能是協調T細胞成熟及向外周輸出的關鍵功能區域。

研究意義與未來展望

本研究通過時空多組學技術，不僅解答了基礎免疫學中關于T細胞分化命運的核心科學問題，其發現的胸腺中類干細胞CD8亞群更為臨床轉化帶來潛在希望，有望為未來的過繼性細胞療法（ACT）、腫瘤疫苗研發以及抗腫瘤免疫微環境重塑提供全新的靶點和干預策略。

本文的第一作者為羅漢鵬博士后，崔秀萍博士以及李雅琴博士，通訊作者為鄭威研究員和王宇教授。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.03.053

制版人：十一

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