T淋巴細(xì)胞，是免疫細(xì)胞家族中的殺手，擁有“調(diào)節(jié)”或抑制免疫的能力。其細(xì)胞表面有數(shù)萬(wàn)億獨(dú)特的受體，可以識(shí)別并協(xié)助免疫系統(tǒng)殺死靶細(xì)胞，激活免疫系統(tǒng)的其他部分，并且保留以前細(xì)胞遇到的病原體的記憶，以備下次遇見(jiàn)時(shí)可以及時(shí)出擊將其消滅。

T細(xì)胞有數(shù)十種亞型，均由胸腺中的血液干細(xì)胞形成。目前科學(xué)家已嘗試通過(guò)增強(qiáng)T細(xì)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(xì)胞活性，來(lái)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(xì)胞為基礎(chǔ)而誕生的。

但是，由于干細(xì)胞依賴(lài)于胸腺的復(fù)雜化學(xué)信號(hào)，因此研究人員無(wú)法研究血干細(xì)胞如何分化為T(mén)細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿或分離的干細(xì)胞中也無(wú)法輕易復(fù)制其分化的過(guò)程。

近日，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校再生醫(yī)學(xué)與干細(xì)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(kāi)發(fā)出一種無(wú)血清的3D鼠類(lèi)人工胸腺類(lèi)器官（M-ATO）系統(tǒng)，可以模仿正常鼠胸腺細(xì)胞生成，并且單個(gè)血干細(xì)胞就足以產(chǎn)生大量不同亞型和功能不同的小鼠T細(xì)胞。

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

研究人員之前成功開(kāi)發(fā)了一種人工胸腺類(lèi)器官（ATO）模型，用于從人造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPC）以及人多能干細(xì)胞進(jìn)行體外T細(xì)胞分化。由于某些類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)可能不能在人類(lèi)而需要在小鼠中進(jìn)行，因此研究人員通過(guò)調(diào)整培養(yǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)成分，改進(jìn)先前開(kāi)發(fā)的無(wú)血清ATO模型而開(kāi)發(fā)出了小鼠人工胸腺類(lèi)器官（M-ATO）系統(tǒng)。

小鼠ATO中早期T細(xì)胞分化的動(dòng)力學(xué)

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，M-ATO在第2周時(shí)即可誘導(dǎo)HSPC對(duì)T細(xì)胞譜系的定向分化，而非T細(xì)胞譜系標(biāo)記的細(xì)胞表達(dá)顯著下降。在第2周和第3周之間，CD8 CD4雙陰性（DN）細(xì)胞中開(kāi)始出現(xiàn)未成熟的單陽(yáng)性CD8 +（ISP8）和CD8 + CD4 +雙陽(yáng)性（DP）群體。對(duì)更成熟的T細(xì)胞進(jìn)行分析，檢測(cè)到CD3 + TCRb +細(xì)胞、包含CD4 + CD8 +（DP），CD4 CD8 +（CD8SP）和CD8CD4 +（CD4SP）成熟T細(xì)胞，及與先天T細(xì)胞一致的CD3 + CD4 CD8細(xì)胞群體，在第6周檢測(cè)到具有Treg表型的細(xì)胞，并可長(zhǎng)期維持。

小鼠ATO產(chǎn)生功能性CD8SP和CD4SP成熟T細(xì)胞和Foxp3 + CD4 + Treg類(lèi)細(xì)胞

之后，研究人員對(duì)M-ATO模型是否適用于其他鼠模型進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行有效的T細(xì)胞分化，其中C3H / He和FVB小鼠模型產(chǎn)生更多的CD4SP細(xì)胞，而在來(lái)自C57BL / 6和BALB / c的M-ATO中，CD8SP占比更多。對(duì)T細(xì)胞抗原受體（TCR）的多樣性進(jìn)行分析，表明四種不同的鼠類(lèi)背景的M-ATO產(chǎn)生的CD8SP和CD4SP細(xì)胞均具有廣泛的類(lèi)型。

不同小鼠背景的M-ATOs中的T細(xì)胞分化和成熟

研究人員還對(duì)MATOs中T細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄組和胸腺生成至關(guān)重要的信號(hào)通路進(jìn)行分析和評(píng)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(xì)胞發(fā)育，以及 T細(xì)胞發(fā)育階段中Notch報(bào)告基因活性的變化。對(duì)使用造血系統(tǒng)中不同的表型祖細(xì)胞而成的M-ATO系統(tǒng)是否能夠概括T細(xì)胞發(fā)育進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其具有不同的T細(xì)胞分化動(dòng)力學(xué)。

該研究的通訊作者Gay M. Crooks說(shuō)：“該M-ATO系統(tǒng)的新穎之處也在于，其可以從一個(gè)單一的干細(xì)胞開(kāi)始，生成數(shù)百萬(wàn)個(gè)不同的T細(xì)胞。我們未來(lái)可以刪除或改變被認(rèn)為對(duì)產(chǎn)生T細(xì)胞重要的基因，使用該胸腺類(lèi)器官來(lái)研究其對(duì)成熟T細(xì)胞的影響?！?

參考資料：

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