利用单细胞测序技术研究不同T细胞亚群免疫组库对肝再生调节作用及其分子机制

Intrahepatic T cells play a crucial role in liver regeneration and hepatic immune microenvironment. During liver regeneration, however, the function and mechanism of different T cell clusters still remain unclear. Our previous study indicates that T cell receptor (TCR) immune repertoires are reconstituted during liver regeneration, and TCRβ deficiency gives a rise to aberrant intrahepatic immune microenvironment that impairs hepatocytes regenerative proliferation and induces hepatocytes apoptosis. In this project, the activation, differentiation, gene expression characteristics of different T cell clusters are analyzed by single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and bioinformatics analysis to explore how TCR signaling pathway of different T cell clusters are activated in liver regeneration. The TCR distribution and expression are also measured by scRNA-seq to find out how TCR immune repertoires are related to gene expression. It will be conducive to associate TCR immune repertoires with TCR signaling pathway to clarify the effect of TCR signaling pathway on intrahepatic immune microenvironment. The study aims to elucidate the role and mechanism of different T cell clusters immune repertoires in liver regeneration, better understand the immunology mechanism of liver regeneration, and discover new mechanism and intervening target for restoring injured liver.

肝脏内T细胞对肝再生及肝脏内免疫微环境具有重要的调控作用。然而，不同T细胞亚群对肝再生的调控作用和机制尚不清楚。我们前期研究发现，肝再生过程中肝脏内T细胞受体（TCR）免疫组库会发生重组。在TCRβ基因敲除小鼠中，肝细胞再生增殖受到抑制，肝细胞凋亡增加，并且伴随肝脏内免疫微环境的异常，由此推测出TCR免疫组库参与肝再生的调控过程。本研究拟采用单细胞测序技术，通过生物信息学分析肝再生中不同T细胞亚群活化、分化以及基因表达的特点，探明不同T细胞亚群TCR信号通路的活化情况，同时结合TCR免疫组库信息分析不同T细胞亚群TCR的分布与表达特点，深度挖掘TCR免疫组库与基因表达的相关性，建立TCR免疫组库与下游TCR信号通路的联系，明确TCR信号通路对肝脏内免疫微环境的影响，从而揭示不同T细胞亚群免疫组库对肝再生的调节作用及机制，拓展对肝再生免疫学机制的认识，为肝脏损伤修复提出新机制和干预靶点。

肝脏是机体中少数具有极强损伤再生潜能的组织器官。肝脏免疫微环境是研究肝脏损伤再生过程的关键科学问题。在急性和慢性肝脏损伤重构模型中，T淋巴细胞缺失导致肝细胞再生增殖障碍，肝细胞凋亡增加，并加速四氯化碳诱导肝脏纤维化重构；同时，T淋巴细胞缺失诱导炎症信号通路紊乱及肝脏内免疫细胞分布、活化异常，正是由于异常的肝脏炎症微环境造成肝脏再生重构过程异常。我们利用小鼠肝脏损伤再生模型，将分选出的肝脏内免疫细胞进行单细胞转录组和单细胞免疫组测序及分析。单细胞分析结果显示，肝脏损伤再生过程不同时间点不同免疫细胞基因表达具有明显差异，信号通路富集发现，变化基因主要集中于免疫细胞活化和炎症信号通路（包括IL-6和TNF-α），同时发现调节性T细胞分化信号通路异常富集，提示肝脏再生启动阶段伴随着免疫细胞分布异常与炎性信号通路活化。T细胞亚群单细胞分析发现，T细胞亚群在损伤再生过程中细胞数目和比例明显降低，与凋亡相关基因表达上调，提示肝脏在损伤再生过程中T细胞亚群凋亡增加。随后根据T细胞表面标记，将T细胞进一步分为CD4T、CD8T、NKT、gdT四个亚群，通过单细胞分析结合流式细胞仪验证发现，肝脏损伤再生过程中，主要是NKT细胞亚群减少，其他T细胞亚群变化不明显，结合T细胞活化相关基因表达分析，NKT细胞亚群在肝脏损伤再生过程中活化降低，而CD4T细胞亚群活化程度逐渐升高。单细胞免疫组结果提示，肝脏损伤再生过程中TCR的表达丰度和多样性明显降低，且TCR表达丰度与细胞活化程度呈显著的正相关。这一结果提示，TCR免疫组库调控T细胞亚群的活化，对肝脏损伤再生具有重要的调节作用。建立TCR 免疫组库与下游TCR 信号通路的联系，明确TCR 信号通路对肝脏内免疫微环境的影响，从而揭示TCR 免疫组库所调控的生物学效应及其分子机制，为免疫组库研究提供了新的研究方法。