背景強直性脊柱炎是一種慢性炎癥性疾病,在世界范圍內流行。四十五年前,強直性脊柱炎的患病率被發(fā)現(xiàn)與人類白細胞抗原(HLA)I類表面分子HLA-B27的表達有關,并且超過90%的AS患者攜帶至少一個HLA-B27等位基因。除HLA-B27外,全基因組關聯(lián)研究(GWASs)發(fā)現(xiàn)內質網氨肽酶1(ERAP1)基因的多樣性是強直性脊柱炎的危險因素,ERAP1多態(tài)性變體僅影響攜帶HLA-B27等位基因的患者的疾病易感性。ERAP1的功能是處理I類MHC呈遞的抗原肽。盡管這種聯(lián)系證明AS是一種與MHC I類分子HLA-B27呈遞的導致關節(jié)炎的抗原肽強烈相關的自身免疫疾病,但αββT細胞在強直性脊柱炎發(fā)病中所起的作用仍然難以捉摸。其中有兩個主要的謎團:1)當清除CD8T細胞時,強直性脊柱炎的動物模型的疾病表型依然沒有減弱,然而強直性脊柱炎的動物模型來源的CD4 T細胞卻可以轉移強直性脊柱炎的疾病表型;2)如果CD4 T細胞驅動強直性脊柱炎的發(fā)病機制,那么MHC-I類分子HLA-B27是如何激活這些識別MHC-II抗原的CD4 T細胞的機制尚不清楚。而且,與以往的臨床研究一致,我們發(fā)現(xiàn),與健康受試者相比,強直性脊柱炎患者的T細胞表型僅僅表現(xiàn)出微不足道的差異。方法在基于二代深度測序的T細胞受體β鏈免疫組庫分析技術的幫助下,我們分析了具有不同疾病活動程度的強直性脊柱炎患者的T細胞亞群的免疫組庫。盡管近年來TCRP免疫組庫測序已經成為一種廣泛應用的技術,但其臨床應用仍然受到T細胞免疫組庫復雜性的限制。由于個體一生中會持續(xù)接觸環(huán)境中的抗原,因此T細胞免疫組庫中的有意義信息通常被無關的T細胞克隆變化的噪聲所掩蓋。因此,針對特定抗原的T細胞應答的量化分析是T細胞免疫組庫測序應用于臨床檢測所面臨的核心難題,特別是對于抗原未知疾病,如強直性脊柱炎。為了應對這一挑戰(zhàn),我們開發(fā)了幾種生物信息學工具來評估來自T細胞免疫組庫中T細胞反應的變化。漸近式多樣性分析(asymptotic diversity profile)豐富度(richness),香農指數(Shannon index)和辛普森指數(Simpson index)等多樣性指數經常用于評估免疫組庫中的T細胞克隆頻率分布,多樣性指數可以分析T細胞克隆擴增和選擇的狀態(tài)。然而,基于不同多樣性指數的這些分析可能產生不同的結果。實際上,這些不同的多樣性指數的差異在于對擴增的克隆型使用不同的權重(weight)。為了保證多樣性分析的可靠性,我們基于Hill多樣性指數,對權重進行連續(xù)性取值來分析漸近式的多樣性分布。Top[N]相似性分析jaccard指數和morisita指數之類的相似性指數經常用于評估兩個T細胞免疫組庫之間的克隆型重疊,并且代表共同的T細胞應答。以往的研究通常分別分析克隆型擴增和克隆型重疊。在我們的研究中,我們開發(fā)了一種新的相似性分析方法Top[N]指數,用于評估擴增的克隆型的重疊,該方法側重于反應共同T細胞反應下的克隆擴增。區(qū)分抗原特異性T細胞應答的“基序分析”算法近年來,大量結構生物學研究清楚地表明,并非CDR3的每個氨基酸都需要參與T細胞受體-抗原肽-主要組織相容性復合體的相互作用。相反,抗原識別依賴于CDR3環(huán)狀結構中僅由少數幾個(3-4)氨基酸形成的熱點(hotspot)。因此,可以想象傳統(tǒng)的相似性分析錯誤地排除了具有相同結合熱點但在CDR3其他位置具有不同氨基酸的TCR,而這些TCR可識別共同的抗原。因此,為了提高基于抗原特異性的相似性分析的準確性,我們開發(fā)了一種新的計算框架,用于分析T細胞免疫組庫的抗原特異性差別——基序分析(motif analysis)。基于識別抗原的CDR3基序,“基序分析”算法對于我們在這些沒有相同CDR3序列的T細胞受體中搜索抗原特異性信息至關重要。我們使用了超過400個T細胞免疫組庫數據,開發(fā)并驗證了“基序分析”算法。該方法能夠從T細胞免疫組庫中可靠地解析抗原特異性T細胞應答,可以應用于各種基于T細胞免疫組庫的臨床免疫監(jiān)測,例如癌癥免疫治療。結果使用自主研發(fā)的生物信息學方法,我們研究了來自一個臨床隊列的強直性脊柱炎患者的CD8+,CD4+CD45RA+和CD4+CD45RO+T細胞中的TCR譜,并獲得了一些有趣的結果:1)強直性脊柱炎的疾病進展與CD4+CD45RA+T細胞克隆擴增相關。2)具有活動性疾病的強直性脊柱炎患者中存在共同抗原刺激導致的CD4+CD45RO+和CD8+T細胞活化。3)與其他T細胞介導的自身免疫疾病不同,強直性脊柱炎患者具有獨特的T細胞抗原譜;此外,來自強直性脊柱炎患者的CD4和CD8 T細胞在抗原特異性上沒有差異。4)我們發(fā)現(xiàn)了一個獨特的T細胞群,其由表達相同T細胞受體的CD4和CD8 T細胞組成,在本文中被稱為CD4/8 T細胞。CD4/8 T細胞在活動性強直性脊柱炎患者中高度富集和擴增。這些結果提供了一個T細胞克隆水平的證據揭示CD4/8 T細胞在強直性脊柱炎發(fā)展的病因學中的潛在作用。結論以上結果提供了直接證據支持三個主要結論:1)CD4+CD45RA+T細胞的擴增與強直性脊柱炎的疾病活動程度相關,這表明αβ T細胞活化可以介導強直性脊柱炎的疾病進展。2)對于高度活躍的疾病,CD4+CD45RO+和CD8+T細胞很可能被某些共同的自身抗原刺激;3)強直性脊柱炎疾病相關的CD4和CD8 T細胞克隆可能通過表達相同的T細胞受體而具有相同的抗原特異性�？偠灾�,這些發(fā)現(xiàn)調和了強直性脊柱炎領域存在的主要爭議:CD4和CD8T細胞同樣對于疾病的發(fā)展至關重要;并且,疾病相關的CD4 T細胞克隆可能識別HLA-B27,因為它們攜帶與CD8 T細胞完全相同的T細胞受體。綜上所述,雖然我們的分析并沒有直接找到強直性脊柱炎的抗原特征,但是該研究提供了強直性脊柱炎的疾病進展與患者的CD4和CD8 T細胞克隆擴增相關的直接證據。此外,我們發(fā)現(xiàn)這些疾病相關的CD4和CD8 T細胞共享相同的TCR序列,并將這群T細胞定義為CD4/8T細胞。
【學位單位】：中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R593.23
【部分圖文】：

細胞受體免疫組庫測序流程示意圖

圖５．?Ｔ細胞受體識別抗原的示意圖
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本文編號：2891819