文獻解讀：CXCR6和CD8+T細胞在小鼠AD發病機制中的作用
期刊：nature immunology
影響因子：30.5
主要技術：scRNA-seq
導語
神經退行性疾病，包括阿爾茨海默病(AD)，以先天免疫介導的炎癥為特征，但適應性免疫系統的功能和機制作用尚不清楚。該研究鑒定了人類和小鼠阿爾茨海默病大腦中共表達CXCR6和PD-1的腦駐留CD8+T細胞，這些細胞靠近斑塊相關的小膠質細胞，還確定CD8+T細胞限制AD病理，包括β-淀粉樣蛋白沉積和認知能力下降，總之，該研究揭示了腦CD8+細胞和CXCR6在小鼠AD發病機制中的保護作用，并強調了微環境特異性的細胞間通訊協調組織穩態和保護神經炎癥。
關鍵技術
scRNA-seq，scTCR-seq
研究結果
1. CD8+T細胞保護小鼠免受AD相關病理作用
對5xFAD和非轉基因(Non-Tg)對照小鼠的腦組織或腦膜組織進行了scRNA-seq分析。通過降維聚類確定了12種Clusters。，與疾病相關的小膠質細胞(DAM)僅存在于5xFAD小鼠中(圖1a-c)。值得注意的是，在5xFAD小鼠中，CD8+T細胞的頻率升高，而CD4+ T細胞或γδT細胞的頻率沒有升高(圖1c)。流式細胞術分析顯示，5xFAD小鼠大腦中CD3+TCRβ+T細胞的頻率和數量的增加主要歸因于CD8+T細胞的積累(圖1d)。與非轉基因小鼠相比，5xFAD小鼠中CD3+或CD8+T細胞(而非CD4+T細胞)表現出更明顯的年齡依賴性積聚(圖1e)。并且，免疫染色實驗在5xFAD小鼠中驗證了以上觀察結果(圖1f)。因此，這些結果表明CD8+T細胞積累是一個保守的特征。
2. CXCL16-CXCR6協調小膠質細胞-CD8+T間細胞通訊
基于scRNA-seq數據進行配受體分析。分析預測出小膠質細胞和CD8+T細胞之間趨化因子配受體間相互作用的數量比其他細胞類型之間更多(圖2a)，這表明小膠質細胞和CD8+T細胞之間可能存在細胞間信息通訊。而后通過單個趨化因子配體受體對分析發現CXCL16-CXCR6是5xFAD小鼠小膠質細胞和CD8+T細胞之間排名第一的配體對(圖2b)；并且，CXCL16和CXCR6分別在小膠質細胞和T細胞簇中高表達(圖2c)。而后發現CXCL16在5xFAD小鼠的微膠質細胞中的表達適度增加(圖2d)。這些結果表明在多種AD小鼠模型中存在CXCL16-CXCR6介導的小膠質細胞和CD8+T細胞之間的通訊。另外發現，晚期AD患者死后腦組織中CXCL16的表達上調(圖2e)，數據集分析也有明顯體現(圖2f)；CXCL16基因表達主要在小膠質細胞中上調(圖2g)。因此表明CXCL16在小鼠AD模型和人之間的保守調節。
3. CXCR6的缺失導致了5xFAD小鼠的認知能力下降
構建CXCR6缺陷的5xFAD小鼠(5xFAD; CXCR6-/-)對其大腦中的免疫細胞譜展開研究(圖3a,b)。5xFAD; Cxcr6-/-小鼠腦CD8+T細胞或CD3+T細胞減少(圖3c,d)。機制上，來自5xFAD; Cxcr6- / -小鼠細胞中的CD8+T細胞顯示細胞死亡增加，但增殖狀態正常(圖3e)。因此，CXCR6對5xFAD小鼠大腦中CD8+T細胞的積累和存活很重要。進一步免疫染色確定雌性5xFAD; Cxcr6-/-小鼠都加重了Aβ沉積(圖3f-g)。這表明這些小鼠AD病理的增強與Aβ斑塊的總體數量增加有關，與表型無關。總之，CXCR6缺乏癥與5xFAD小鼠腦CD8+T細胞的減少和疾病病理加劇相關。
4. CXCR6協調腦CD8+ T細胞的克隆擴增
配對的scRNA-seq和scTCR-seq分析發現，大腦中的克隆擴增增加，在5xFAD小鼠中高度擴增的CD8+T細胞克隆，特別是克隆型大小>20的CD8+T細胞克隆占腦CD8+T細胞總數的比例更大(圖4a)。鑒定出了8個亞簇(圖4b,c)，其中許多亞簇包含以高表達Pdcd1為特征的擴展克隆型，尤其是亞簇2（圖4d,e）。此外，5xFAD小鼠的腦PD-1+CD8+T細胞顯著增加(圖4f)，進一步支持腦內疾病相關克隆擴增。此外，成像分析顯示CD8和PD-1在5xFAD小鼠和AD個體的大腦中共表達(圖4h)。這些結果表明，PD-1上調發生在5xFAD小鼠大腦中的CD8+T細胞，并且PD-1的表達在很大程度上可區分克隆擴增與非擴增的CD8+T細胞。
5. CD8+T細胞抑制小膠質細胞的促炎活性
共聚焦成像顯示5xFAD小鼠在Aβ斑塊附近CD8+T細胞或CD3+T細胞與Iba1+小膠質細胞共定位(圖6a)。接下來研究了CD8+T細胞積累對體內小膠質細胞炎癥狀態的貢獻。5xFAD; B2m-/-和5xFAD; Cxcr6-/-小鼠的小膠質細胞TNF-α和pro-IL-1β表達增加或呈上升趨勢(圖6d、e)。此外，對小膠質細胞進行分析發現TNF-α信號信號在5xFAD; Tcra-/-小鼠的兩個小膠質細胞亞群和5xFAD; B2m-/-小鼠的M0小膠質細胞中都富集(圖6i,j)。總之，這些結果表明，腦CD8+T細胞的缺失或減少可導致小膠質細胞炎癥狀態升高。
結語
共表達CXCR6和PD-1的大腦駐留CD8+T細胞，存在于患有阿爾茨海默病（AD）人和小鼠大腦的斑塊相關小膠質細胞中。CD8+T細胞會阻礙AD進展，包括β淀粉樣蛋白沉積和認知能力下降。配體-受體相互作用分析可識別小膠質細胞和CD8+T細胞之間存在的CXCL16–CXCR6細胞間通訊。Cxcr6缺乏會損害腦PD-1+CD8+T細胞的積累、組織駐留和克隆擴增。Cxcr6或CD8+T細胞缺失最終會增加小膠質細胞中促炎細胞因子的產生，該研究強調了免疫系統和細胞間通訊在神經退行性疾病中的重要作用。
參考文獻：
Su W, Saravia J, Risch I, Rankin S, Guy C, Chapman NM, Shi H, Sun Y, Kc A, Li W, Huang H, Lim SA, Hu H, Wang Y, Liu D, Jiao Y, Chen PC, Soliman H, Yan KK, Zhang J, Vogel P, Liu X, Serrano GE, Beach TG, Yu J, Peng J, Chi H. CXCR6 orchestrates brain CD8+ T cell residency and limits mouse Alzheimer's disease pathology. Nat Immunol. 2023 Oct;24(10):1735-1747. doi: 10.1038/s41590-023-01604-z. Epub 2023 Sep 7. PMID: 37679549.
