【摘要】：從臍帶血開始被用于骨髓重建到現(xiàn)在用于腫瘤免疫治療已經(jīng)有數(shù)十年的歷史。臍帶血是造血干細胞和免疫細胞十分豐富的來源,而且具有采集方便、無侵害性的優(yōu)點。由于臍帶血中的免疫細胞處于免于外界病原侵擾的環(huán)境中,因此相對于外周血免疫細胞更加幼稚。這種特性降低了淋巴細胞的同種異體排異反應潛能,在臍帶血移植時的移植物抗宿主病風險也更低。臍帶血中的免疫細胞也在抗病毒等微生物感染的過程中發(fā)揮著重要的作用。雖然臍帶血現(xiàn)在被廣泛用于重要的臨床應用,但我們對其中的細胞組成和分子特征了解尚不完全。隨著技術的進步和探索的加深,臍帶血細胞也表現(xiàn)出了令人驚奇的異質(zhì)性,而這些異質(zhì)性也顯著影響著臍帶血細胞的臨床應用策略。單細胞轉(zhuǎn)錄組學測序技術的出現(xiàn)為細致的探索臍帶血有核細胞的異質(zhì)性和推斷其功能提供了強有力的工具。本研究從兩個臍帶血樣本中篩選了有核細胞,通過10x Genomics'Chromium System單細胞平臺和BGISEQ-500測序儀對臍帶血有核細胞進行了單細胞轉(zhuǎn)錄組測序。同時還引入了兩份用相同平臺產(chǎn)生的包含11948個外周血單核細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)作為臍帶血樣本的參照。在合并臍帶血單細胞數(shù)據(jù)和外周血單細胞數(shù)據(jù)后進行了嚴格的多維度的質(zhì)量控制和過濾。接著運用多種方法對數(shù)據(jù)進行了批次效應矯正與評估,確定了最適合本研究的去批次效應方法。然后運用聚類和降維的方法對單細胞數(shù)據(jù)進行了可視化及細胞類型的定義。最后對于臍帶血中的有核紅細胞、造血干細胞和細胞毒性細胞進行了更加深入的探究。本研究首次報告了兩份臍帶血樣本中7852個(UCB1)和9785(UCB2)個有核細胞在單細胞水平上的轉(zhuǎn)錄組圖譜。臍帶血中平均每個有核細胞檢測到基因數(shù)分別為1270和1460,涵蓋了包括有核紅細胞、T淋巴細胞、造血干細胞在內(nèi)的12種主要細胞類型。時序分析推測了有核紅細胞成熟過程中的線性變化及雙極性特征,展示了有核紅細胞群體在臍帶血內(nèi)成熟過程中細胞形態(tài)的改變、表達譜的重編程以及潛在的轉(zhuǎn)錄組程序的激活差異。揭示了臍帶血可能是有核紅細胞發(fā)育成熟的重要場所。首次發(fā)現(xiàn)了存在于臍帶血中的新祖細胞亞群。這群祖細胞為CD34陰性但仍與CD34陽性祖細胞表達譜相似性非常高。其同時表達粒細胞-單核細胞祖細胞(GMP)、肥大細胞和嗜堿性粒細胞的標志基因。時序分析推斷此細胞可能為臍帶血中從GMP分化成為肥大細胞和嗜堿性粒細胞中間時期的雙能性祖細胞,命名為uIBC(umbilical intermediate bi-potent cells)。單細胞數(shù)據(jù)揭示了臍帶血與外周血中細胞毒性免疫細胞包括NK細胞、NKT細胞和細胞毒性T細胞豐富的異質(zhì)性。通過顆粒酶K、顆粒酶B以及細胞譜系基因,重新定義出了臍帶血和外周血中的五個細胞毒性細胞亞群,其中發(fā)現(xiàn)了臍帶血中獨有GZMB陽性的NKT細胞亞群。GO分析揭示了GZMB陽性NKT細胞在臍帶血先天性免疫中發(fā)揮的重要作用。差異基因的整合分析與共表達分析,分別揭示了廣泛存在的與GZMB和GZMK細胞亞群內(nèi)的細胞毒性功能核心基因模塊。本研究提供了首個臍帶血有核細胞單細胞層面的表達圖譜,為傳統(tǒng)bulk RNA測序及單細胞測序提供了精細的轉(zhuǎn)錄組補充和參考。該數(shù)據(jù)還為后續(xù)的祖細胞、免疫細胞和有核紅細胞的功能性研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。有核紅細胞與祖細胞的分析填補了造血系統(tǒng)發(fā)育的重要過程,為以后研究指引了新的方向。細胞毒性細胞亞群的研究為提高臍帶血細胞過繼治療腫瘤的效果和抵抗微生物感染提供了重要的線索。本研究提供的關鍵信息無疑將成為促進臨床創(chuàng)新、開發(fā)更有療效和更具效益的臍帶血治療方案的最新動力。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R329.2;Q343

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本文編號：2709725