背 景

中枢神经系统（CNS）损伤，包括脊髓损伤和脑损伤，是导致长期残疾的主要原因。目前，对于这类损伤的治疗选择有限，且效果不尽人意。该研究团队通过深入研究T细胞在CNS损伤后的作用，发现了一种潜在的治疗方法，即通过工程化T细胞来促进神经保护和修复。Jonathan Kipnis研究团队首先利用单细胞RNA测序技术，分析了小鼠和人类脊髓损伤后的T细胞反应。他们发现，特定的CD4+ T细胞克隆能够识别自身髓鞘和神经元蛋白的肽段。基于这一发现，研究人员采用了mRNA为基础的T细胞受体（TCR）重构策略，生成了一种新型的工程化T细胞，这些细胞在CNS损伤模型中显示出显著的神经保护效果。

研究内容

脊髓损伤后中枢神经系统浸润T细胞的克隆

研究人员通过对脊髓损伤（SCI）后的小鼠模型进行单细胞TCR测序，揭示了在损伤脊髓中T细胞的克隆扩展现象。通过免疫组化染色，观察到损伤部位周围GFAP信号的缺失以及CD3+ T细胞的明显浸润。利用10X Genomics Chromium平台进行的单细胞基因表达和V(D)J测序分析，研究人员鉴定了12个不同的T细胞亚群，并发现大多数从损伤脊髓中分离的T细胞表现出激活和分化的转录特征。特别是，CD4+ T细胞克隆在损伤部位显示出对自身髓鞘和神经元蛋白肽段的特异性反应。这些发现为理解T细胞在CNS损伤后的作用提供了新的视角，并为开发基于T细胞的免疫疗法提供了潜在的靶点。

图1：CNS损伤后T细胞的克隆性分析CD4+ T细胞的神经保护功能

研究人员通过视神经损伤（ONI）和脊髓损伤（SCI）模型，测试了经体外重组特定TCR的T细胞的治疗效果。研究发现，特定的CD4+ T细胞克隆能够迁移到损伤部位，并通过IFNγ依赖的方式调节微胶质细胞和巨噬细胞的表型，从而减少炎症反应并促进神经保护。特别是在SCI模型中，研究人员观察到经T细胞治疗的小鼠在运动功能恢复方面表现出显著改善。这些结果表明，通过精确调控T细胞的抗原特异性和活性，可以有效地调节CNS损伤后的免疫反应，为开发新的治疗策略提供了重要依据。

图2：神经保护功能T细胞在CNS损伤后的动态

损伤相关CD4+ T细胞的抗原特异性

研究人员利用一种T细胞杂交瘤报告系统，结合体外抗原筛选，发现多个T细胞克隆对髓鞘蛋白MOG35-55具有特异性反应。此外，通过对脊髓损伤后小鼠的脊髓样本进行MHC-II肽组分析，研究人员鉴定了一系列可能与T细胞反应相关的自身抗原。这些发现不仅证实了T细胞能够识别并响应CNS损伤后的自身抗原，而且为理解T细胞在神经保护中的作用机制提供了新的线索。  

图3：自身反应性T细胞的抗原特异性

基于mRNA的工程化T细胞疗法治疗CNS损伤

图4介绍了一种基于mRNA的工程化T细胞治疗方法，用于治疗CNS损伤。研究人员通过电穿孔将特定的TCR mRNA转染到原代CD4+ T细胞中，生成了短暂表达TCR的T细胞。这些工程化的T细胞在ONI和SCI模型中显示出显著的神经保护效果，并且通过减少炎症反应和促进神经修复来改善功能恢复。研究团队还利用 CRISPR-Cas9 去除内源性 TCR 的表达，表明将 CRISPR-Cas9 技术与基于 mRNA 的蛋白质表达相结合，为中枢神经系统损伤的 T 细胞治疗提供了一种有前途且安全的途径。   

图4：基于mRNA的工程化T细胞治疗CNS损伤

脊髓损伤后人脑脊液T细胞的克隆

研究人员从一位年轻男性患者的CSF（人类脊髓损伤后脑脊液）样本中分离细胞，并进行了单细胞RNA测序。结果显示，在损伤后的不同时间点，CSF中的T细胞和巨噬细胞表现出克隆性扩增，其中T细胞的克隆性在损伤早期就已显现。通过比较不同时间点的CSF样本，研究人员发现了许多共享的T细胞克隆，表明这些克隆可能在CNS损伤后的免疫反应中发挥重要作用。这些数据为理解人类CNS损伤后的免疫反应提供了宝贵的信息，并为未来的临床应用奠定了基础。

图5：人类CSF来源T细胞在SCI后的克隆性

总结

科学家们开发了一种创新的T细胞疗法，用于治疗中枢神经系统损伤。通过单细胞RNA测序技术，研究人员揭示了CNS损伤后T细胞的克隆性，并发现CD4+ T细胞在损伤部位表现出显著的克隆扩增。利用mRNA为基础的T细胞受体（TCR）重构策略，研究团队生成了工程化的T细胞，这些细胞在CNS损伤模型中展现出显著的神经保护效果，主要是通过调节IFNγ依赖的髓系细胞来发挥作用。这项研究的发现不仅增进了我们对T细胞在CNS损伤中作用的理解，而且为开发新的免疫细胞疗法提供了科学依据。通过精确调控T细胞的活性和特异性，未来可能为CNS损伤患者提供更有效的治疗选择。

参考文献：Gao, W., Kim, M.W., Dykstra, T. et al. Engineered T cell therapy for central nervous system injury. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07906-y   

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