借助“细胞地图”找到调控T细胞发育的关键开关

细胞状态是特定细胞类型与环境相互作用产生的一系列细胞表型。在免疫系统中，T细胞具有多种分化状态，尤其是初始T细胞在肿瘤、病毒感染等不同免疫环境中，会分化为功能和迁移模式各异的状态。转录因子（TF）调控细胞状态分化，了解其如何塑造这些状态对设计具有治疗潜力的有益状态至关重要。其中，增强CD8+ T细胞用于肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）或嵌合抗原受体（CAR）T细胞的过继细胞转移疗法（ACT）是一个有前景的应用方向。然而，由于CD8+ T细胞状态存在高度异质性，即使功能不同的状态也可能有重叠的转录组，因此识别控制这些状态的转录因子具有挑战性。

本研究聚焦两种转录组相似但功能相反的状态：具有保护作用的组织驻留记忆T细胞（TRM）和功能失调的终末耗竭T细胞（TEXterm）。研究表明，具有TRM特征的肿瘤浸润淋巴细胞与实体瘤患者的更好生存率相关；而在慢性病毒感染（如HIV）或癌症等持续抗原刺激下，T细胞会逐渐表达多种抑制性受体（如PD1），丧失记忆潜能和效应功能，即T细胞耗竭（TEX），最终形成TEXterm细胞。TEXterm细胞高表达多种抑制性受体（如TIM3、CD101），缺乏效应和增殖能力，对免疫检查点阻断（ICB）反应不佳，其标志物高表达常提示实体瘤预后不良。尽管TEXterm和TRM对癌症结局的功能影响不同，但它们都优先存在于组织中，且转录谱有显著相似性（如均表达BLIMP1、BHLHE40、NR4A2等关键调控转录因子），甚至开放染色质区域高度相关，这使得精准识别能选择性抑制TEXterm发育同时保留TRM的转录因子变得复杂。

研究假设通过系统比较分化过程中的转录因子活性可识别控制CD8+ T细胞选择性分化的关键转录因子。为此，整合9种CD8+ T细胞状态的转录组和染色质可及性数据，开发了多组学图谱，结合Taiji分析 pipeline构建基因调控网络并计算转录因子活性分数（PageRank）。该图谱识别出136个“单状态”转录因子（每个细胞状态特有12-19个）和173个“多状态”转录因子（在多个状态中起关键作用）。针对TEXterm和TRM，进一步筛选出20个TRM单状态转录因子、34个TEXterm单状态转录因子及30个两者共有的多状态转录因子，其中包括新发现的TEXterm单状态转录因子（如Zscan20、Jdp2）、TRM单状态转录因子（如Klf6）以及多状态转录因子（如Hic1、Gfi1）。

通过体内CRISPR筛选结合单细胞RNA测序（in vivo Perturb-seq），在慢性和急性LCMV感染模型中验证了这些转录因子的功能。结果显示，敲除TEXterm单状态转录因子（如Zscan20、Jdp2）可显著减少TEXterm细胞分化，增加效应细胞比例，增强细胞因子产生和病毒清除能力，且不影响TRM形成；而敲除多状态转录因子（如Hic1、Gfi1）则会同时抑制TEXterm和TRM分化。过表达TRM单状态转录因子Klf6可显著促进TRM形成且不加剧终末耗竭。在肿瘤模型中，靶向TEXterm单状态转录因子（如Zscan20）比多状态转录因子（如Hic1）能更有效改善肿瘤控制，其敲除的T细胞在肿瘤中效应标志物表达更高，与ICB联合使用可显著减少肿瘤负荷。

跨物种验证显示，小鼠TEXterm和TRM相关转录因子在人类肿瘤浸润CD8+ T细胞中具有保守性，敲除人T细胞中的ZSCAN20和JDP2可降低抑制性受体表达，增强效应功能。该研究通过解析耗竭与保护性T细胞程序，为更精准的T细胞状态工程化提供了平台，加速了更有效的细胞免疫疗法的合理设计。